Les liaisons intermoléculaires

Les liaisons intermoléculaires

Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents

• Lorsque la différence d’électronégativité entre deux atomes d’une liaison est plus grande que 0,4, la liaison est dite polaire.

• Si une molécule ne possède qu’une seule liaison polarisée, ou si elle en possède plusieurs dont l’effet cumulé n’est pas nul, la molécule est dite polaire et forme un dipôle.

• Deux dipôles différents s’attirent.

Les liaisons dipôle-dipôle

104 °

O

H Hd+ d+

2d- -+

• Il existe donc des forces de cohésion importantes entre les molécules d’eau.

• Ces liaisons intermoléculaires n’existeront pas entre des molécules apolaires telles que CCl4.

• Dans le cas des molécules d’H2O, on appelle ces interactions dipôle-dipôle par les noms de liaisons hydrogène ou ponts hydrogène.


-+

-+ -

+- +

-+


• A l’intérieur d’un liquide constitué de molécules polaires, comme l’eau par exemple, toutes les molécules sont attirées dans toutes les directions par leurs voisines, et ces attractions se compensent. Les molécules de la surface, par contre, ne sont attirées que par les molécules situées à côté et en dessous d’elles. Il en résulte des forces d’attractions dirigées vers l’intérieur du liquide, la surface ayant alors une certaine résistance envers l’extérieur. Cette force de résistance est appelée tension superficielle.

Démonstration 1 :


• Tous les liquides n’ont pas la même tension superficielle.• L’ajout de liquide vaisselle réduit la tension superficielle de l’eau en

répartissant ses molécules à la surface de celle-ci. Un produit qui comme le liquide vaisselle abaisse la tension superficielle de l’eau ou de tout autre liquide est appelé un agent tensioactif ou un surfactant.

• Les principaux agents tensioactifs sont les détergents.

Démonstration 2 :

Eau


• Les composés tensioactifs sont constitués d’ions ou de molécules dont les atomes forment des chaînes allongées. Ces chaînes présentent une tête hydrophile qui peut se lier à l’eau et une queue hydrophobe qui ne peut pas se lier à l’eau.

• Les composés tensioactifs du liquide vaisselle se répartissent à la surface de l’eau pour former un film interfacial. Les têtes hydrophiles se substituent aux molécules d’eau de surface en abaissant la tension superficielle, c’est-à-dire en détruisant la « membrane » de surface. Le poivre est alors évacué sur les bords.

Queue hydrophobe Tête hydrophile

• Les liaisons entre dipôles sont particulièrement fortes dans les molécules où un (ou plusieurs) atome(s) de H est (sont) lié(s) avec un atome fortement électronégatif : liaisons H-O, H-N ou H-F.


FH

H HO

H

H HN


Exemple de molécules dans lesquelles existent des liaisons hydrogène :

Méthanol CH3OH

Ethanol CH3CH2OH

Glucose C6H12O6


Exemple de molécules dans lesquelles existent des liaisons hydrogène :

ADN


• Le polyacrylate de sodium est un polymère capable de former un très grand nombre de liaisons hydrogène, il est ainsi capable d’absorber au moins 100 fois sa prpopre masse en eau.

• Il est utilisé comme superabsorbant, notamment dans les couches-culottes.

Démonstration 3 :

http://scienceamusante.net/wiki/index.php?title=Polyacrylate_de_sodium_superabsorbant

Liaisons hydrogène

avec les molécules

d’eau

http://scienceamusante.net/wiki/index.php?title=Image:Polyacrylate_de_sodium_fig%C3%A9.jpg


• Les liaisons hydrogène sont des liaisons intermoléculaires assez fortes. La température de fusion (ou d’ébullition) d’un corps qui en possède est plus élevée que celle d’un corps qui n’en a pas.

Conséquences de la présence de liaisons hydrogène sur les propriétés physiques des corps covalents :

Température de fusion [°C]

Température d’ébullition [°C]

H2O 0 100

H2S -85 -60

H2Se -66 -41

HF -83 19

HCl -115 -85

HBr -88 -67


• Plus il y a de liaisons hydrogène entre les molécules d’un corps covalent, plus sa température de fusion (ou d’ébullition) est élevée.

Conséquences de la présence de liaisons hydrogène sur les propriétés physiques des corps covalents :


Température d’ébullition [°C]

Ethanol CH3CH2OH

-117 79

Ethanediol (Ethylène glycol)

HOCH2CH2OH-13 197

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d7/Ethylene-glycol-3D-balls.png


Exercice :

• Classer les corps covalents qui suivent selon leurs températures d’ébullition croissantes :

a) CH2OH-CHOH-CH2OHb) H2Oc) CH3-CH2OHd) H2Se) CH2OH-CHOH-CH3

f) CO2

g) Ne

Réponse :• 1-g (-246°C) / 2-d (-60°C) / 3-f (-57°C) / 4-b (100°C) / 5-e (188°C) / 6-c

(197°C) / 7-a (290°C)

Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques

• Toutes les propriétés physiques d’une substance sont très influencées par la nature des liaisons intermoléculaires :

Température de fusion Température d’ébullition Solubilité Etc…


1) Les corps ioniques

• Les corps ioniques sont formés de cations (+) et d’anions (-) qui s’attirent mutuellement grâce à de grandes forces électriques.

+ -s’attirent

http://thepoussin.free.fr/TPE2003/Lexique.htm


• La charge électrique globale d’un corps ionique est nulle.

Exemple d’un cristal de NaCl :

NaCl est formé de ions Na+ et Cl- en nombres égaux.

Na+Cl-

nulle

Na+ Cl-

égaux


• Les forces de cohésion entre les ions sont si fortes que pratiquement tous les corps ioniques sont solides à température ambiante (25°C).

solides

Vue d’un cristal de NaCl en coupe :

Na+Cl-


• Les corps ioniques :

a) sont durs et solidesb) ont des points de fusion très élevés

Par exemple : NaCl p.f. 801°C

c) sont cassants

Répulsions !!


• Les ions d’un cristal ionique immergé dans un liquide (polaire ou non polaire) subissent de la part des molécules du liquide des chocs dû à l’agitation moléculaire.

• A température ambiante, ces chocs arrivent difficilement à arracher des ions au réseau cristallin de NaCl.

• Par contre, si le liquide est polaire, les molécules du liquide présentent un dipôle.

Solubilité des corps ioniques :

l’agitation moléculaire


• L’énergie due à l’attraction de l’ion avec le dipôle s’ajoute à celle communiquée lors du choc : il y a alors assez d’énergie pour que l’ion puisse quitter le réseau cristallin du solide ionique. Le solide se dissout.

Solubilité des corps ioniques :

dissout

+-


• Dans les solvants polaires, la dissolution des corps ioniques peut s’expliquer par la solvatation qui accompagne la rupture des liaisons ioniques entre les ions de charges opposées.

Solvatation des ions :

• Lorsqu’un ion a été arraché à son réseau cristallin par un solvant polaire, il s’entourera d’un certain nombre de molécules de solvant. Le nombre de molécules de solvant entourant chaque ion

dépendra des tailles relatives de l’ion et des molécules de solvant.

Les dipôles des molécules de solvant s’orienteront différemment suivant la charge de l’ion central.

Qu’est-ce que la solvatation ?

tailles relatives

• NaCl dans l’eau forme les ions Na+ et Cl-, qui seront orientés ainsi :


Exemple :

+-


http://www.ostralo.net/3_animations/swf/dissolution.swf


• « Qui se ressemble s’assemble » est aussi valable en chimie ! Ainsi, on peut dire que les corps ioniques sont : généralement solubles dans les solvants polaires (eau,

alcool, ammoniac liquide, etc.). généralement peu ou pas solubles dans les solvants non

polaires (CCl4, CS2, alcanes, etc.). conduisent le courant électrique. Ce sont les ions (qui sont

mobiles dans un liquide) qui conduiront le courant.

En résumé :

• Dans le tableau suivant, déterminez quels sont les composés solubles dans les quatre solvants proposés :


Exercice :

Soluble dans H2O NH3 CCl4 Alcool

KClI2

Sucre (C6H12O6)

NaF

(Idée : trouver tout d’abord quels sont les composés ioniques et les solvants polaires, puis les associer par paires).

• Dans le tableau suivant, déterminez quels sont les composés solubles dans les quatre solvants proposés :


Exercice :

Soluble dans H2O NH3 CCl4 Alcool

KCl X X XI2 X

Sucre (C6H12O6) X X X

NaF X X X

(Idée : trouver tout d’abord quels sont les composés ioniques et les solvants polaires, puis les associer par paires).


2) Les corps covalents

a) Les corps covalents formés de molécules non-polaires

• Seules de très faibles forces (appelées forces de Van der Waals) interviennent comme forces intermoléculaires et lient les molécules ensemble.• Ces composés sont généralement gazeux lorsque la masse des molécules est petite, comme c’est le cas pour Br2, Cl2, H2, O2, CH4 ou O2, par exemple.• Ces composés sont liquides, voire même solides lorsque la masse des molécules est grande, c’est le cas par exemple des liquides CCl4 et CS2 ou du solide I2.

Exemple de composé covalent solide



b) Les corps covalents formés de molécules polaires

• Dans ces composés, les importantes forces d’attraction entre les dipôles s’ajouteront aux forces de Van der Waals.

d+ d-

d+d-

d+ d-

d+d-

d+d-

d+ d-

d+ d-d+d-

d+ d-

d+ d-d+

d-

d+d-

Interactions entre deux dipôles



b) Les corps covalents formés de molécules polaires

• Les températures de fusion (et d’ébullition) de tels composés sont plus élevées que celles des composés covalents non-polaires formés de molécules de masses identiques.

Masse molaire [g/mol]


CH4 16 -184

HI 128 -51

HBr 81 -87


Solubilité

• Les composés covalents non polaires sont généralement insolubles dans les solvants polaires (eau, alcool, ammoniac liquide, etc…), mais solubles dans les solvants non polaires.

• Les composés covalents polaires sont insolubles dans les solvants non polaires, mais généralement solubles dans les solvants polaires, puisqu’une interaction entre les dipôles du solvant et ceux du corps dissous.

d+d- d+

d-

SolvantComposé covalent polaire

Exercices de révision

Exercices :

1. Parmi les molécules suivantes, déterminez lesquelles sont polaires et dans lesquelles des liaisons hydrogène intermoléculaires sont possibles :PH3 , H2CO, H2O, NH3, CH4

2. Parmi les molécules suivantes, indiquez celles qui sont insolubles dans l’eauC6H6, CH3CHO, PH3, CCl4, CH3CH2OH

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Les liaisons intermoléculaires