COHÉSION DES SOLIDESGonzalez B. | Lycée Emile LOUBET | 1°S

LES ÉTATS DE LA MATIÈRE• La matière peut se présenter sous 4 états

:– Les solides (S)

– Les liquides (L)

– Les gaz (G)

– Le plasma (P)

LES ÉTATS DE LA MATIÈRE• La matière est constituée d’entités :

atomes, molécules ou ions, maintenus par des interactions de cohésion.

• Ces entités, sont soumises en permanence à une agitation thermique mesurée par la température.

• C’est l’importance relative de ces deux facteurs (interaction et agitation) qui permet aux entités de se regrouper (phases condensées liquides et solides) ou de rester isolées (gaz).

LES INTERACTIONS

• Il existe plusieurs types d’interactions de cohésion :– La liaison covalente

– La liaison ionique

– La liaison métallique

– La liaison hydrogène

– La liaison de Van der Waals

LES INTERACTIONS

• La liaison covalente (I)– Elle résulte de la mise en

commun d’électrons par les deux atomes concernés.

– Cette mise en commun minimise l’énergie du système

– Chaque atome cherche à obtenir la configuration électronique la plus stable (règle de l’octet)

LES INTERACTIONS

• La liaison covalente (II)– Cette liaison est très solide, donc l’énergie

pour les rompre est très grande.

– La conséquence est une température de fusion importante.

– Ex : le diamant (3500K)

LES INTERACTIONS

• La liaison métallique :– Dans un métal, certains électrons sont

délocalisés et n’appartiennent à aucun atome.

– Les conséquences sont :• Une grande cohésion, donc température de fusion

élevée

• Une bonne conductivité thermique et électrique

LES INTERACTIONS

• La liaison ionique (I) :– Lorsque deux atomes liés

ont des électronégativités très différentes, la liaison covalente est totalement dissymétrique.

– L’un des atomes transfère son (ses) électron (s) à l’autre et chacun des atomes devient un ion.

+ -

LES INTERACTIONS

• La liaison ionique (II) :– Les ions formés se

rassemblent en structures géométriques (cristaux) correspondant à l’empilement maximum.

– Les interactions entre ions dans un solide sont très fortes : elles obéissent à la loi de Coulomb en 1/r² et sont de longue portée. Un ion n’interagit donc pas seulement avec ses plus proches voisins mais au-delà

LES INTERACTIONS

• La liaison ionique (III) :– L’interaction augmente avec la valeur de la

charge électrique et diminue avec la taille des ions, qui conditionne la distance entre eux.

– La température de fusion de NaCl est 800°C. Celle de MgO est 2800°C.

LES INTERACTIONS• Les 3 types de liaisons fortes :

Liaison ionique Liaison covalente Liaison métallique

Cl Br

Cl Br

Fe Fe

mer d’électrons

Fe

Fe

FeFe

LES INTERACTIONS

• La liaison de Van der Waals :– Ce sont des interactions de type

électrostatique entre deux dipôles.

– Ces dipôles peuvent être permanents (molécules polaires) ou temporaires (molécules apolaires)

LES INTERACTIONS

• La liaison Hydrogène :

– Ce sont des interactions de type électrostatique entre un atome hydrogène et un atome possédant un doublet électronique non liant.

– Il faut que l’atome d’hydrogène soit lié à un atome suffisamment électronégatif (O, N, halogène)

– Cette liaison joue un grand rôle dans le cas de l’eau.

POLARITÉ DES MOLÉCULES

• Une molécule est polaire si le barycentre des charges positives ne coïncide pas avec celui des charges négatives.

• Les atomes de grande électronégativité portent les charges négatives.

POLARITÉ DES MOLÉCULES• Moment dipolaire :– Grandeur vectorielle

définie par :

μ = q.d • q : charge électrique (partielle)

• d : distance entre les charges

– Le vecteur est orienté de la charge – vers +

– L’unité est le Debye (D)

ELECTRONÉGATIVITÉ• C’est une grandeur qui traduit l’aptitude

d’un atome d’attirer à lui le doublet d’électrons d’une liaison covalente.

• Plus l’électronégativité est grande, plus les électrons sont proches.

• Elle augmente de gauche à droite et de bas en haut dans la classification périodique.

ELÉCTRONÉGATIVITÉ

DU SOLIDE AU LIQUIDE• Dans un solide les entités qui le constituent :

– Atomes (métaux)

– Ions (halogénures métalliques)

– Molécules (composés organiques, diiode)

sont liés entre elles par des interactions de type métallique, ionique, de Van der Waals ou liaison Hydrogène.

• Pour passer du solide au liquide, il existe 2 méthodes : – la fusion

– la dissolution

DU SOLIDE AU LIQUIDE• La Fusion (I) :– L’apport d’énergie thermique, sous forme de

chaleur, augmente l’agitation thermique des entités.

– Les vibrations augmentent et peu à peu les liaisons se rompent, c’est la fusion.

– Le liquide n’a plus de forme propre.

DU SOLIDE AU LIQUIDE• La Fusion (II) :– Pendant la fusion d’un corps pur, toute

l’énergie fournie est utilisée pour détruire les liaisons, l’agitation n’augmente pas et la température est constante.

– L’énergie qu’il faut fournir pour provoquer la fusion d’une mole de solide s’appelle la chaleur latente.

– Plus les liaisons sont fortes, plus la chaleur latente est importante.

DU SOLIDE AU LIQUIDE.• La dissolution (I) :– Il faut distinguer 2 cas :

• Solvant polaire (eau, alcool)

• Solvant apolaire (cyclohexane)

– Un solvant polaire ne dissout que les solides ioniques ou moléculaires polaires

– Un solvant apolaire dissout les solutés apolaires.

DU SOLIDE AU LIQUIDE.• La dissolution d’un cristal ionique dans

un solvant polaire :– L’action du solvant se résume à 3 étapes :

Animation

• Destruction des liaisons entre entités du solide

• Solvatation (Hydratation) des ions.

• Dispersion des ions

– L’équation doit respecter la conservation des éléments et des charges électriques.

DU SOLIDE AU LIQUIDE.• La dissolution d’un soluté polaire dans un

solvant polaire– Le solvant va rompre les liaisons de type Van

der Waals ou hydrogène.

– La solubilité augmente si le soluté est capable de faire des liaisons hydrogène (saccharose)

– Si les interactions soluté-solvant sont très fortes, il peut y avoir rupture de liaisons covalente du soluté (ex : dissolution de l’acide sulfurique).

DU SOLIDE AU LIQUIDE.