• Deux corps qui portent des charges de même signe se repoussent.
• Deux corps qui portent des charges de signe opposé s’attirent.
• Un solide ionique est constitué d’un empilement compact et régulier de cations (ions chargés positivement) et d’anions (ions chargés négativement).
• La cohésion (stabilité) du solide ionique est assurée par les interactions électriques entre les cations et les anions : au sein du solide ionique, les cations se repoussent, les anions se repoussent, et les cations et anions s’attirent. Les distances entre cations et anions étant plus petites qu’entre deux cations ou deux anions, les interactions attractives sont plus intenses que les interactions répulsives, ce qui assure la stabilité de la structure.
La formule statistique d’un solide ionique rend compte des proportions de cations et d’anions dans le solide, en indiquant d’abord le symbole du cation, puis celui de l’anion, sans la charge électrique.
exemples : Indiquer les formules statistiques des solides ioniques suivants.
Chlorure de sodium (sel de table) constitué de cations sodium Na+ et d'anions chlorure Cl–.
Fluorure de calcium constitué de cations calcium Ca2+ et d'anions fluorure F–.
Oxyde d'aluminium (alumine) constitué de cations aluminium (III) Al3+ et d'anions oxyde O2–.
Le solide moléculaire est constitué d’un empilement compact et régulier de molécules donc d'entités électriquement neutres.
Il existe plusieurs types de forces de Van der Waals :
exemples : Schématiser les interactions entre des molécules de chlorure d'iode ClI(s). Données : χ(Cl) = 3,2 χ(I) = 2,7
COURS
CHAPITRE 6
C OHÉSION DE LA MATIÈRE
Constitution et Thème I :transformation de la matière
La cohésion d'un solide ionique ou moléculaire
A. VOIR AUSSI L'ESSENTIEL PAGE 108+QCM PAGE 109
Cohésion d'un solide ionique
Un solide ionique est une structure solide, constituée d’un empilement compact et régulier de cations (ions chargés positivement) et d’anions (ions chargés négativement) en proportions invariables.
La cohésion (stabilité) du solide ionique est assurée par les interactions électriques entre les cations et les anions.
Le solide ionique est électriquement neutre : il contient autant de charges positives que de charges négatives.
Cohésion d'un solide moléculaire
La cohésion des solides moléculaires est assurée
par des interactions électrostatiques attractives appelées interactions de Van der Waals.
Parfois, des liaisons hydrogène (ou ponts hydrogène) s’ajoutent.
MOLÉCULES POLAIRES
Les zones qui portent des charges partielles opposées (et permanentes) s’attirent.
exemple : interactions entre des molécules de chlorure d'hydrogène HCl polaires
HCl
MOLÉCULES APOLAIRES
Le mouvement désordonné des électrons fait apparaître à un instant t des charges partielles éphémères
de signes opposées qui s'attirent.
exemple : interactions entre molécules de diiode I2 apolaires
II te
Les liaisons hydrogène sont d'intensité beaucoup plus importante que les interactions de Van der Waals vues précédemment.
Elles peuvent exister entre deux molécules distinctes (liaison intermoléculaire) ou au sein d'une même molécule (intramoléculaire) comme dans la molécule d'ADN.
La glace est composée de molécules d'eau H2O. Chaque molécule d’eau peut former plusieurs ponts hydrogène avec des molécules d’eau voisines ce qui explique la cohésion de la glace. Compléter ce schéma pour faire apparaître le pont hydrogène
Les températures de fusion et d'ébullition d'un corps pur sont élevées lorsque des interactions intermoléculaires nombreuses et intenses peuvent s'établir entre les molécules : c'est le cas de l'eau.
Les interactions ioniques sont beaucoup plus fortes que les interactions intermoléculaires, il est donc nécessaire de fournir aux solides ioniques davantage d'énergie thermique pour rompre ces interactions les températures de changements d'état des composés ioniques sont en général plus élevées que celles des corps purs moléculaires.
En résumé : interactions ioniques > pont hydrogène > interactions de Van der Waals
Un solvant constitué de molécules polaires est un solvant polaire. Un solvant constitué de molécules apolaires est un solvant apolaire.
exercice : Classer les solvants suivants en solvants polaire ou apolaire : eau H2O, octane C8H18 et éthanol CH3CH2OH.
χ(H) = 2,2 χ(C) = 2,6 χ(O) = 3,4
Un soluté est soluble dans un solvant si les interactions entre les entités (molécules, ions) du soluté sont de même type que celles qui s'exercent entre les molécules de solvants : "qui se ressemblent s'assemblent".
La molécule d’eau est polaire et peut interagir avec les ions du solide ionique.
Ces interactions permettent d’expliquer la dissolution d’un solide ionique dans l’eau.
la dissociation du solide ionique : les molécules d’eau s’approchent du solide et fragilisent les interactions électrostatiques qui existent entre les cations et les anions, qui se rompent.
la solvatation : les molécules d’eau entourent les ions : on dit qu’ils sont solvatés ou hydratés.
la dispersion : les ions solvatés s’éloignent du solide et se dispersent parmi les molécules d’eau.
exercice : Schématiser la solvatation d'un cation et d'un anion par des molécules d'eau.
Une liaison hydrogène (ou pont hydrogène) est une liaison attractive établie entre : - un atome d'hydrogène porteur d'une charge partielle positive δ+,
- et un autre atome porteur d'une charge partielle négative δ et d'un doublet non liant (atomes de fluor F, d'oxygène O et d'azote N essentiellement).
La liaison hydrogène est représentée en pointillés (...)
Cohésion d'un solide moléculaire
La solubilité d'une espèce chimique
B.
Nature du solvant
Solubilité d'un soluté dans un solvant
• Les solides ioniques sont solubles dans les solvants polaires ; ils sont donc solubles dans l'eau. Cette dissolution s'explique par l'établissement d'interactions électrostatiques entre les ions du solide et les molécules du solvant.
• Les solutés moléculaires polaires sont généralement solubles dans les solvants polaires.
• Inversement, les solutés moléculaires apolaires sont solubles dans les solvants apolaires.
Dissolution d'un solide ionique dans l'eau
Lorsqu’on dissout un solide ionique dans l’eau, on obtient une solution aqueuse contenant des ions qui se combinent avec les molécules d’eau qui les entourent.
La dissolution d’un solide ionique se déroule en trois étapes : dissociation du solide ionique, solvatation et dispersion.
exercice : Écrire les équations de dissolution des solides ioniques suivants :
• chlorure de sodium NaCl(s) :
• chlorure de fer (II) FeCl2(s) :
• thiosulfate de sodium Na2S2O3(s) :
exemple : Dans un volume V, la concentration apportée en fluorure de calcium CaF2 est : c = 2,0.102mol.L–1.
Déterminer les concentrations effectives des ions issus de la dissolution.
État initial : x = 0 État final : xmax =
• Une espèce est dite hydrophile si elle est soluble dans l'eau. Une telle espèce est le plus souvent polaire (comme l'eau), voire capable d'établir des ponts hydrogène avec les molécules d'eau.
• Une espèce est dite lipophile si elle est soluble dans les graisses. Une telle espèce est apolaire (comme les entités constituant les graisses). Une espèce lipophile est hydrophobe, c'est-à-dire insoluble dans l'eau.
• Certaines espèces, comme les savons, sont amphiphiles : elles ont une partie hydrophile et une partie lipophile.
Cette double affinité est à l'origine de leurs propriétés moussantes et lavantes.
Le savon a de bonnes propriétés lavantes, sa partie lipophile se fixant dans la graisse ; sa partie hydrophile restant dans l'eau.
L'ensemble ions-graisse formé est entraîné dans l'eau de lavage, donc éliminé.
Équation de dissolution
Le solide que l'on notera avec un indice (s) se dissocie en ions hydratés que l'on notera avec l'indice (aq) qui signifie "en solution aqueuse". Le solide ionique est électriquement neutre, la solution l'est aussi.
Concentration des ions en solution
CONCENTRATION EN SOLUTÉ APPORTÉE D'UN SOLUTÉ :C Cette concentration indique comment la solution a été préparée.
Elle est définie par :
avec : - n(A) : quantité de solide ionique utilisée (mol) - V volume de solution (L)
CONCENTRATION EFFECTIVE D'UNE ESPÈCE CHIMIQUE :[X]
C'est la concentration d'un ion X effectivement (réellement) présent en solution après dissolution du soluté :
avec : - n(X) : quantité de l'ion X solvaté (mol) - V volume de solution (L)
Le savon : un solide ionique particulier
Un savon est un mélange de carboxylates de sodium (ou de potassium), de formule RCO2Na (ou RCO2K).
R est une chaîne carbonée non ramifiée, possédant généralement plus de dix atomes de carbone.
exercice :
Choisir le solvant le plus adapté pour extraire l'eugénol d'une phase aqueuse.
On dispose de 50mL de ce solvant. Rédiger le protocole de l'extraction.
Légender le schéma ci-contre une fois l'extraction réalisée.
eau éthanol cyclohexane tétrachlorométhane
toxicité -
densité 1,00 0,80 0,78 1,59
solubilité de l'eugénol insoluble très soluble très soluble très soluble solubilité dans l'eau - très soluble insoluble insoluble
• ex 4 p 112 : Expliquer la cohésion d'un solide
• ex 5 p 112 : Associer une interaction à un solide
• ex 6 p 112 : Justifier une solubilité
• ex 8 p 113 : Écrire des équations de dissolution
• ex 10 p 113 : Déterminer les concentrations en quantité de matière des ions d'une solution
• ex 11 p 113 : Qualifier la structure d'un ion carboxylate
• ex 16 p 114 : Choisir un solvant d'extraction adapté
• ex 18 p 114 : Les étapes d'une extraction liquide-liquide
L'extraction par solvant d'une espèce en solution
C.
• Une extraction consiste à prélever une espèce chimique du milieu qui la contient.
• L'extraction liquide-liquide permet de séparer les constituants d'un mélange en exploitant les différences de solubilités.
Choix du solvant d'extraction :
- l'espèce à extraire doit être plus soluble dans le solvant d'extraction que dans le solvant initial.
- les deux solvants doivent être non miscibles.
- le choix se portera sur le solvant le moins dangereux.
