1 ère S / PHYSIQUE-CHIMIE

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1 1 ère S / PHYSIQUE-CHIMIE COMPRENDRE, LOIS ET MODELES Chapitre 9 : Cohésion des solides ioniques et moléculaires

2 I. Les solides ioniques A/ Définition Un solide ionique est un solide constitué d ions. Un solide ionique est électriquement neutre : il est composé de cations et d anions dont les charges se compensent. Les solides ioniques sont des empilements réguliers de cations et d anions. B/ Cohésion des solides ioniques La cohésion d un solide ionique est assuré par les différentes interactions électrostatiques entre ses anions et ses cations. NaCl : autant d ions Na + que Cl - CaCl 2 : deux fois plus d ions Cl - que d ions Ca 2+

3 I. Les solides ioniques Exemple avec le chlorure de sodium NaCl : Et si on «zoome» sur le solide : Cl - (anion) Na + (cation) C/ Variations de température et transformation physique d un système par transferts thermiques a) Les états de la matière Liquide : un liquide est constitué de molécules qui peuvent «glisser» les unes par rapport aux autres.

4 I. Les solides ioniques Solide : dans un solide les molécules ou ions sont «rangés» de manière ordonnée. Les distances qui les séparent sont plus faibles que dans un liquide. Gaz : dans un gaz les molécules ou ions sont très éloignés les uns des autres et sont en mouvement constant. b) Transferts thermiques Le transfert thermique correspond à l échange d énergie thermique entre particules. La température d un corps est due à son agitation thermique : Plus la température augmente, plus l agitation thermique augmente.

5 I. Les solides ioniques c) Mécanisme Un transfert thermique se déroule toujours du corps le plus chaud vers le corps le plus froid. Lorsque les températures des deux corps sont égales, on atteint l équilibre thermique. d) Changement d état Pour qu un corps pur change d état, il doit gagner ou céder de l énergie. Rappel : PLASMA GAZ SOLIDE Fusion Solidification LIQUIDE

6 I. Les solides ioniques e) Energies mises en jeu lors des changements d état Quand un système reçoit de l énergie, on la compte positivement, si le système perd de l énergie elle est comptée négativement. Pour un corps la variation d énergie thermique ΔE ou Q est donné par la formule suivante : Q = m x c x ΔT avec m la masse en kg, ΔT en K et c la capacité calorifique en J.kg -1.K -1 La capacité calorifique correspond à l énergie qu il faut apporter à un corps pour élever sa température d un degré kelvin.

7 II. Electronégativité et polarité Définition : l électronégativité d un élément représente sa capacité à «attirer» les électrons lorsqu il est engagé dans une liaison chimique. Globalement l électronégativité augmente d en bas à gauche du tableau périodique à en haut à droite :

8 II. Electronégativité et polarité Lorsque deux atomes ont des électronégativités différentes, le plus électronégatif attire les électrons de la liaison dans laquelle (ou lesquelles) il est engagé : La liaison est alors polarisée. On peut l indiquer dans une représentation avec un δ - (delta -) pour l atome le plus électronégatif et un δ + pour le ou les autres. Exemple : H δ + δ - F Solvant et polarité Lorsque les différentes électronégativités des atomes de molécules de solvant ne s annulent pas du fait de la géométrie de la molécule, le solvant est polaire (sinon on parle de solvant apolaire). L eau est un solvant polaire.

9 III. Les solides moléculaires La cohésion des solides moléculaires est assurée par des interactions différentes et plus faibles que celles qui assurent la cohésion des solides ioniques : Interactions de Van Der Waals : Ces interactions sont des interactions de faibles intensités entre atomes ou molécules. Ce sont des interactions électriques. Toutefois le détail du fonctionnement de ces interactions n est pas étudié en première S (ceci relève de la physique quantique). Les liaisons hydrogènes : Les liaisons hydrogènes sont des interactions entre les atomes d hydrogène d une molécule et certains atomes électronégatifs (l oxygène par exemple) appartenant à une autre molécule.

10 III. Dissolution des solides Dissolution des solides ioniques La dissolution d un solide ionique se déroule en plusieurs étapes : - Le cristal est «détruit» par l eau ; - Puis c est la solvatation : les molécules du solvant entourent les différents ions du solide suivant les charges + ou -. Pour l eau on aura par exemple les atomes d oxygène qui entoureront les charges + et les atomes d hydrogène les charges - : Les ions solvatés se dispersent ensuite dans le solvant.

11 III. Dissolution des solides Equation de dissolution Lors d une dissolution la quantité de matière est conservée. Prenons par exemple un solide ionique CA (s) constitué de cations C + (aq) et d anions A - (aq). L équation de sa dissolution est : Application CA (s) C + (aq) + A - (aq) Ecrire les équations de dissolution des solides ci-dessous : KCl (s) FeCl 3(s) FeSO 4(s) Na 2 SO 4(s) CaF 2(s)

12 III. Dissolution des solides Correction de l application KCl (s) K + (aq) + Cl - (aq) FeCl 3(s) Fe 3+ (aq) + 3Cl - (aq) FeSO 4(s) Fe 2+ (aq) + SO 4 2- (aq) Na 2 SO 4(s) 2Na + (aq) + SO 4 2- (aq) CaF 2(s) Ca 2+ (aq) + 2F - (aq) Dissolution d un solide moléculaire Les solides moléculaires peuvent aussi être dissous dans un solvant. Il y a également un processus de solvatation mais assuré par des interactions de Van Der Waals et/ou des liaisons hydrogène. Un solide constitué de molécules polaires sera soluble particulièrement dans un solvant polaire et idem dans un solvant apolaire pour un solide constitué de molécules apolaires. Soutien scolaire Besançon

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