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    Cohésion chimique cours_akto.docx Cohésion chimique cours_akto.docx Presentation Transcript

    • COMPRENDRE
    • Séquence 2Cohésion de la matière en chimie
    • Plan de la séquence 21. Solide ionique. a. Description b. Cohésion du cristal ionique2. Solide moléculaire. a. Electronégativité b. Polarité d’une molécule c. Interaction de Vander Waals d. Liaison hydrogène.3. Conservation de la matière lors dune dissolution. a. Polarité d’un solvant b. Dissolution d’un solide ionique c. Dissolution d’un solide moléculaire d. Concentration d’un ion en solution4. Transformation physique dun système par transfert thermique.
    • 1. Solide ioniquea. Description Un cristal est une structure ordonnée. Les solides ioniques sont constitués de cristaux dans lesquels les ions sont agencés suivant des structures bien identifiées. Exemples : le chlorure de césium cristallise dans la structure cubique centrée, le chlorure de sodium possède une structure cubique face centrée.
    • Structure cubique centréehttp://en.wikipedia.org/wiki/File:Rubidium-chloride-CsCl- http://www.pearson-structure-3D-ionic.png studium.de/books/3827370597/cd01/Gallery/Images/Crysta l/F38b.gif
    • Structure cubique face centréehttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b6/Sodi http://www.chemhume.co.uk/ASCHEM/Unit%201/Ch3IMum-chloride-3D-vdW.png F/Chemical%20Struct.htm
    • Le solide ionique est constitué de cations etd’anions. Il est électriquement neutre.On appelle maille le motif le plus petitreprésentatif du cristal.
    •  Dans une maille de chlorure de césium, l’ion Cs+ intervient totalement alors que les 8 ions Cl- ne participent que pour 1/8ème. Ce qui explique la formule statistique de ce solide : CsCl. Même raisonnement pour le fluorure de calcium constitué des ions Ca 2+ et F- . Tout cristal doit être électriquement neutre  sa formule statistique CaF2 .
    • Modèles éclatés NaCl CsClhttp://musingsofanaspiringpolymath.blogspot.com/2010/07 http://cnx.org/content/m15058/latest/ /on-general-uselessness-of-anecdotal.html
    • b. Cohésion dans le cristal ionique La cohésion est assurée par les interactions électrostatiques entre les ions. Chaque ion est soumis aux forces coulombiennes exercées par les ions voisins. Il s’agit de liaisons ioniques. Les cations Na + , Ca 2+ , Al 3+ ont pour charges respectives : e, 2e et 3e. Les anions F - , O 2- ont pour charges respectives : - e et -2e.
    • 2. Solide moléculaire a. Electronégativité L’électronégativité est une grandeur relative et positive qui traduit l’aptitude d’un atome à attirer les électrons qui l’associent à d’autres par liaison covalente. Linus Pauling (1932) a établit une échelle d’électronégativité des atomes des éléments chimiques.
    • http://www.angelo.edu/faculty/kboudrea/general/shapes/00_lewis.htm
    • http://faculty.njcu.edu/tpamer/gilbert-lessons/lesson5/gilbert6-5.htm
    •  Une liaison entre deux atomes est polarisée si leurs électronégativités sont différentes. Dans ce cas les charges portées par les atomes sont partielles on les note :  - portée par l’atome le plus électronégatif,  + portée par l’atome le moins électronégatif.
    • b. Polarité d’une molécule Un dipôle électrique est constitué de deux charges électriques ponctuelles, +q et –q, séparées d’une distance d.
    • F2 : apolaireLiF : plus polaire que HF
    • F2 : apolaireLiF plus polaire que HF c. Interaction de Vander Waals  La cohésion dans les solides moléculaires peut être assurée par les interactions entre des dipôles électriques permanents ou instantanés. Il s’agit d’interactions entre les nuages électroniques : interactions de Vander Waals.  Ces interactions peuvent également intervenir dans les liquides, plus rarement à l’état gazeux, car les molécules sont trop éloignées.
    • d. Liaison hydrogène C ’est une interaction entre un atome d’hydrogène lié à un atome électronégatif et un autre atome portant un doublet non liant, aussi électronégatif. Exemples : Formation du dimère de l’acide (acétique ou) éthanoïque. http://chem.sci.utsunomiya-u.ac.jp/v13n2/16Vargas- Gonzalez/Vargas-gonzalez.html
    • Cohésion de la structure en hélice del’ADN Cohésion de l’eau à l’état liquide ouhttp://courses.biology.utah.edu/horvath/biol.3525/1_DNA/Fig2/G solide.uinness%20Step%2068%20Figure%202 http://www.lakelandschools.us/lh/lburris/pages/bonds.htm
    • 3. Conservation de la matière lors dune dissolution.a. Polarité d’un solvantb. Un solvant constitué de molécules polaires est polaire.c. Exemples : méthanol : CH3OH, dichloromét hane : CH2Cl2, diméthylsulf oxyde :
    • Solvant apolairea. Un solvant constitué de molécules apolaires est apolaire.b. Exemples : tétrachlorométhane : CCl4 ; cyclohexane : C6H12. Remarque : une molécule apolaire peut contenir des liaisons polarisées, CCl4 par exemple.
    • b. Dissolution d’un solide ionique La dissolution d’un solide ionique peut se décomposer en 3 phases.  Dissociation : ruptures des liaisons ioniques  Solvatation : les molécules du solvant interagissent aves les ions isolés. Si l’eau est le solvant, il s’agit d’une hydratation.  Dispersion : les ions solvatés se répartissent dans l’ensemble de la solution par diffusion ou sous l’effet de l’agitation.
    • Ecriture de l’équation de dissolution dans l’eau  NaCl(s) Na+(aq) + Cl-(aq)  FeCl 3(s) Fe3+(aq) + 3 Cl-(aq)  (CuSO4, 5H2O)(s) Cu2+(aq) + SO42-(aq) On peut écrire H2O au-dessus de la flèche.
    • a. Dissolution d’un composé moléculaire Les espèces chimiques constituées de molécules polaires sont solubles dans les solvants polaires. HCl(g) → H+(aq) + Cl-(aq) H2SO4 (l) → 2H+(aq) + SO42-(aq) C6H12O6(s) → C6H12O6( aq) CH3- CH2- OH (l) → CH3- CH2- OH (aq) On peut écrire H2O au- dessus de la flèche.
    •  Un soluté polaire sera d’autant plus soluble dans un solvant que la formation de liaisons hydrogène entre le solvant et le soluté sera facile. Les espèces chimiques constituées de molécules apolaires sont solubles dans les solvants apolaires. Exemple de solvants apolaires : cyclohexane : C6H12 ; hexane : C6H14.
    • d. Concentration d’un ion en solution aqueuse Une solution aqueuse de sulfate de cuivre, de volume V, est obtenue en dissolvant n moles de (CuSO4, 5H2O)(s) . On note c sa concentration molaire. On considère que le solide a été totalement dissout à l’état final. Quelles sont les concentrations molaires de chacun des constituants du système, à l’état final ?
    • H2O (CuSO4,5H2O)(s) → Cu2+(aq) + SO42-(aq)Quantité de matièreEtat initial n 0 0 (mol)Etat final 0 n n (mol)
    • On divise la quantité de matière de l’espèce chimique parle volume de la solution pour obtenir sa concentration,pour l’état du système choisi.  H2O (CuSO4,5H2O)(s) → Cu2+(aq) + SO42-(aq)concentration Etat initial c = n/V 0 0 (mol. L-1) Etat final 0 c = n/V c = n/V (mol.L-1)
    •  Concentration apportée La concentration apportée en soluté est égale à la quantité de matière de soluté divisée par le volume de solution à l’instant initial de la dissolution. Notation La concentration molaire d’un ion est notée [ion]. Exemple : n(SO42-) / V = [SO42-]
    • e. L’extraction La solubilité d’une espèce chimique dans une solution correspond à la quantité maximale de soluté que l’on peut dissoudre par litre de solution. Elle peut être exprimée en mol.L-1 ou en g.L-1.
    •  Le choix d’un solvant pour extraire une espèce chimique d’une solution nécessite : 1. Que l’espèce à extraire soit plus soluble dans le solvant choisi que dans celui de la solution initiale 2. Que le solvant choisi ne soit pas miscible avec la solution initiale ○ Voir fiche pratique du livre p. 457 On dit qu’il s’agit d’une extraction liquide- liquide.
    • 4. Transformation physique dun système par transfert thermiquea. Transfert thermique Si deux corps de températures différentes sont mis en contact, alors le corps froid reçoit l’énergie thermique cédée par le corps chaud, jusqu’à ce que l’équilibre thermique s’établisse. Tant que l’équilibre thermique n’est pas atteint, le transfert thermique se poursuit. L’énergie thermique du corps le plus chaud diminue et celle du plus froid augmente.
    •  Remarque : on suppose que les systèmes étudiés ne subissent pas de réactions chimiques au cours de ces transferts thermiques. Notation La variation d’énergie thermique est souvent notée Q. Elle s’exprime en joule (J). Si le système reçoit de l’énergie thermique alors Q > 0 J. Si le système perd de l’énergie thermique alors Q < 0 J.
    • Quelles modifications physiques peutprovoquer un transfert thermique ? Qreçue E = Ef -Ei > 0 Ef > Ei Augmentation de Variation de température température Qperdue E = Ef -Ei < 0 Ef < Ei Diminution de Transfert températurethermique Changement suite d ’état
    • b. Etats physiques d’un corps et changements d’état Liquide = Ef -Ei > 0 E = Ef -Ei > 0 Vaporisation Fusion Solide Gaz E = Ef -Ei < 0 Condensation
    • LiquideQ E = Ef -Ei < 0 Q E = Ef -Ei < 0 Solidification Liquéfaction Solide Gaz Sublimation Q E = Ef -Ei > 0
    •  A pression constante, quand un corps pur change d’état physique, sa température ne varie pas. L’énergie thermique qu’il échange n’est utilisée que pour le changement d’état. La température de fusion et la température d’ébullition sont des caractéristiques d’un corps pur.
    • c. Aspect microscopiquehttp://www.assignmenthelp.net/assignment_help/states-of-matter.php
    •  La température est une grandeur macroscopique. Une augmentation de la température d’un système chimique correspond à une agitation thermique des particules (atomes, ions, molécules) plus importante. Elle s’accompagne d’une augmentation de la vitesse de vibration (dans les solides) ou de déplacement (dans les fluides) des particules. Une augmentation de la température s’accompagne aussi de ruptures d’interactions intermoléculaires : Vander Waals et liaison hydrogène.
    • d. Energie de changement d’état On appelle énergie molaire de changement d’état l’énergie reçue ou perdue par mole de corps pur transformée. Exemple – L’énergie molaire de vaporisation de l’eau est : Lvap = 40,6 kJ.mol-1. Ainsi l’énergie Q nécessaire pour vaporiser 3,0 moles d’eau est Q = 3,0 x 40,6 soit Q = 121,8 kJOn donne M(H2O) = 18 g.mol-1, déterminer la valeur de l’énergie massique de vaporisation exprimée en kJ.kg-1. La chaleur de changement d’état s’appelle aussi chaleur latente de changement d’état.
    • e. Capacité thermique d’un corps La capacité thermique d’un corps est notée c, elle peut être massique ou molaire. Pour un corps qui échange par transfert thermique l’énergie Q au cours de son changement de température T on a les relations suivantes :
    • Q = m x c x Tm : la masse du corps en kgc : capacité thermique massique du corps en J.kg-1.°C-1 T : variation de température en °C Q = n x c x Tn : quantité de matière du corps en molc : capacité thermique molaire du corps en J.mol-1.°C-1
    • Fin