Thème 1 : Cohésion de la matière / CHAP5

Thème 1 : Cohésion de la matière / CHAP5

Structure et cohésion De nombreux composés solides présentent des formes régulières. En examinant à la loupe, ou au microscope du gros sel marin, on remarque une multitude de petits cubes de sels :

Cette régularité est la conséquence d'un arrangement ordonné des ions constituant le cristal

Un cristal ionique est un solide composé d'ions régulièrement disposés dans l'espace.

Dans un cristal ionique, les ions exercent les uns sur les autres des forces d'interaction électrostatique soient attractives, soient répulsives. Cependant, les ions sont répartis de telle façon que les attractions l'emportent sur les répulsions. (En effet, chaque ion est en contact avec des ions de charge opposée, qui sont ses plus proches voisins. Les forces d'interaction coulombienne entre l'ion et ses plus proches voisins sont attractives). L'ensemble des interactions coulombiennes maintient les ions à leur place au sein du cristal, ce qui lui confère une grande cohésion

Formule statistique du cristal Le cristal ionique, électriquement neutre, contient autant de charges positives que de charges négatives La formule du cristal, dite formule statistique, indique la nature et la proportion des ions présents sans en mentionner les charges

chlorure de calcium CaCl Cl - Ca + carbonate de potassium CO - K K + CO 3 3 sulfure d'aluminium Al S - Al 3+ S 3 nitrate de cuivre NO - Cu(NO Cu + 3 ) 3 sulfate de fer III Fe SO - Fe 3+ (SO 4 ) 3 4

Dissolution d un composé ionique La dissolution d un composé ionique nécessite un solvant polaire (eau, éthanol, acétone) afin que des interactions électriques puissent se faire entre le soluté et le solvant

Observons la dissolution du chlorure de sodium dans l eau

1 ère étape : la dissociation Dans un premier temps, il y a dissociation du cristal ionique avec formation d'ions en solution. Cette dissociation est due à l'action électrostatique attractive des molécules d'eau : Quand on ajoute du chlorure de sodium dans l'eau, les molécules d'eau grâce à leur caractère polaire, entrent en interaction avec les ions Na + et Cl - affaiblissant, puis rompant totalement les liaisons ioniques qui assuraient la cohésion du système cristallin; celui-ci se disloque.

nde étape : la solvatation Par attraction électrostatique, les ions passés en solution s'entourent d'un "bouclier" de molécules d'eau, qui les empêchent alors de se rapprocher les uns des autres pour former des liaisons entre eux. C'est le phénomène de solvatation ; on le nomme également hydratation dans le cas ou le solvant est l'eau.

ion Cl - F - Na + Ca + Rayon ionique (en nm) 0,181 0,133 0,098 0,099 Nb de molécules d'eau autour de l'ion 3 6 8 La disposition et le nombre des molécules d'eau autour de l ion dépend est du signe et de la taille de l'ion Remarque: Un composé ionique ne se dissout pas dans un solvant apolaire puisque l'absence d'interactions coulombiennes ne permet pas la dissociation et la solvatation du soluté Les ions hydratés sont notés avec le qualificatif (aq). Na+ (aq) symbolise un ion sodium entourés de molécules d'eau. NaCl (s) Na + (aq) + Cl- (aq)

Les concentrations Concentration massique en soluté apporté La concentration massique en soluté apporté d une solution est égale au quotient de la masse de soluté introduit par le volume de la solution g.l -1 C m m soluté solution g L

On dissout 6,0 g de chlorure de calcium solide CaCl (s) dans de l'eau distillée; le volume total de solution obtenue est de 50 ml mcacl Cm 6 4 g.l -1 0, 5 solution

Concentration molaire en soluté apporté La concentration molaire en soluté apporté d une solution, est égale au quotient de la quantité de matière du soluté dissout par le volume de la solution mol.l -1 C n soluté solution mol L

On dissout 6,0 g de chlorure de calcium solide CaCl (s) dans de l'eau distillée; le volume total de solution obtenue est de 50 ml M = 111,1 g.mol -1 C n CaCl solution m M CaCl CaCl solution M CaCl m CaCl solution 6 C 0, mol.l -1 111 0, 5

Relation entre concentration molaire et massique C m mcacl soluion n CaCl M solution CaCl n CaCl soluion M CaCl C C m M CaCl Les concentrations molaire et massique sont reliées par les relations : C C M m soluté C M C m soluté

Concentration en ions d une solution ionique La concentration en soluté apporté se réfère à ce qui a été introduit dans le solvant et non pas à ce qui est effectivement présent en solution La concentration molaire d une espèce X présente en solution, est égale au quotient de la quantité de matière de cette espèce dans la solution par le volume de la solution mol.l -1 X n X solution mol L

Etudions le cas de la dissolution du chlorure de calcium, soluté ionique, dans de l eau ; la solution contient les ions chlorure Cl - et calcium Ca + CaCl (s) Ca + (aq) + Cl- (aq) 1 mol 1 mol mol D après les coefficients de l équation, 1 mol de CaCl forme 1 mol d ions Ca + et mol d ions Cl - n n Ca CaCl n Cl ncacl Ca n Ca n CaCl C 0, mol.l -1 Cl n Cl n CaCl C 0,44 mol.l -1

Solution de sulfure d aluminium de concentration C en soluté apporté Solution de formule ( Al 3+, 3S - ) 3 Al C S 3 C