Les liaisons intermoléculaires

Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents Les liaisons dipôle-dipôle 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. d+ 2d- - + 104 ° O H

- + Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents 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. - +

Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents Démonstration 1 : 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.

Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents Démonstration 2 : 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.

Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents 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. Queue hydrophobe Tête hydrophile 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.

Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents 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. H O F H H N

Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents Exemple de molécules dans lesquelles existent des liaisons hydrogène : Ethanol CH3CH2OH Méthanol CH3OH Glucose C6H12O6

Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents Exemple de molécules dans lesquelles existent des liaisons hydrogène : ADN

Liaisons hydrogène avec les molécules d’eau Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents Démonstration 3 : 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. Liaisons hydrogène avec les molécules d’eau http://scienceamusante.net/wiki/index.php?title=Polyacrylate_de_sodium_superabsorbant

Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents Conséquences de la présence de liaisons hydrogène sur les propriétés physiques des corps covalents : 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. Température de fusion [°C] d’ébullition [°C] H2O 100 H2S -85 -60 H2Se -66 -41 HF -83 19 HCl -115 HBr -88 -67

Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents Conséquences de la présence de liaisons hydrogène sur les propriétés physiques des corps covalents : Plus il y a de liaisons hydrogène entre les molécules d’un corps covalent, plus sa température de fusion (ou d’ébullition) est élevée. Température de fusion [°C] d’ébullition [°C] Ethanol CH3CH2OH -117 79 Ethanediol (Ethylène glycol) HOCH2CH2OH -13 197

Les liaisons intermoléculaires dans les corps covalents Exercice : Classer les corps covalents qui suivent selon leurs températures d’ébullition croissantes : CH2OH-CHOH-CH2OH H2O CH3-CH2OH H2S CH2OH-CHOH-CH3 CO2 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)

Température d’ébullition Solubilité Etc… 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…

Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques 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. nulle Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques La charge électrique globale d’un corps ionique est nulle. nulle Exemple d’un cristal de NaCl : NaCl est formé de ions Na+ et Cl- en nombres égaux. Na+ Cl- égaux Cl- Na+

Vue d’un cristal de NaCl en coupe : Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques 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 : Cl- Na+

ont des points de fusion très élevés Par exemple : NaCl p.f. 801°C Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques Les corps ioniques : sont durs et solides ont des points de fusion très élevés Par exemple : NaCl p.f. 801°C sont cassants Répulsions !!

Solubilité des corps ioniques : Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques Solubilité des corps ioniques : 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. l’agitation moléculaire

- Solubilité des corps ioniques : Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques Solubilité des corps ioniques : 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. dissout + -

Qu’est-ce que la solvatation ? Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques Solvatation des ions : 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. Qu’est-ce que la solvatation ? 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. tailles relatives

Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques Exemple : NaCl dans l’eau forme les ions Na+ et Cl-, qui seront orientés ainsi : + -

Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques http://www.ostralo.net/3_animations/swf/dissolution.swf

Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques En résumé : « 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.

Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques Exercice : Dans le tableau suivant, déterminez quels sont les composés solubles dans les quatre solvants proposés : Soluble dans H2O NH3 CCl4 Alcool KCl I2 Sucre (C6H12O6) NaF (Idée : trouver tout d’abord quels sont les composés ioniques et les solvants polaires, puis les associer par paires).

Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques Exercice : Dans le tableau suivant, déterminez quels sont les composés solubles dans les quatre solvants proposés : Soluble dans H2O NH3 CCl4 Alcool KCl X I2 Sucre (C6H12O6) NaF (Idée : trouver tout d’abord quels sont les composés ioniques et les solvants polaires, puis les associer par paires).

Les corps covalents formés de molécules non-polaires Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques 2) Les corps covalents 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 Interactions entre deux dipôles Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques 2) Les corps covalents 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- Exemple de composé covalent solide d+ d- Interactions entre deux dipôles d+ d-

Les corps covalents formés de molécules polaires Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques 2) Les corps covalents 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] Température de fusion [°C] CH4 16 -184 HI 128 -51 HBr 81 -87

Composé covalent polaire Relations entre la force des liaisons intermoléculaires et les propriétés physiques 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- Composé covalent polaire Solvant

Exercices de révision Exercices : Parmi les molécules suivantes, déterminez lesquelles sont polaires et dans lesquelles des liaisons hydrogène intermoléculaires sont possibles : PH3 , H2CO, H2O, NH3, CH4 Parmi les molécules suivantes, indiquez celles qui sont insolubles dans l’eau C6H6, CH3CHO, PH3, CCl4, CH3CH2OH