cohésion des solides ioniques Thème 1 : Cohésion de la matière / CHAP5 cohésion des solides ioniques

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

carbonate de potassium chlorure de calcium CaCl2 Cl- Ca2+ carbonate de potassium K2CO3 CO32- K+ sulfure d'aluminium Al2S3 S2- Al3+ nitrate de cuivre Cu(NO3)2 NO3- Cu2+ sulfate de fer III Fe2(SO4)3 SO42- Fe3+

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

1ère 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.

2nde 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.

▪ Les ions hydratés sont notés avec le qualificatif (aq). Na+ Ca2+ Rayon ionique (en nm) 0,181 0,133 0,098 0,099 Nb de molécules d'eau autour de l'ion 2 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)

Concentration massique en soluté apporté 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 g.L-1

On dissout 6,0 g de chlorure de calcium solide CaCl2(s) dans de l'eau distillée; le volume total de solution obtenue est de 250 mL 24 g.L-1

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 mol.L-1

On dissout 6,0 g de chlorure de calcium solide CaCl2(s) dans de l'eau distillée; le volume total de solution obtenue est de 250 mL M = 111,1 g.mol-1 0,22 mol.L-1

Relation entre concentration molaire et massique Les concentrations molaire et massique sont reliées par les relations :

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 mol.L-1 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 Ca2+ CaCl2 (s)  Ca2+(aq) + 2 Cl-(aq) 1 mol 1 mol 2 mol ▪ D’après les coefficients de l’équation, 1 mol de CaCl2 forme 1 mol d’ions Ca2+ et 2 mol d’ions Cl- 0,22 mol.L-1 0,44 mol.L-1

Solution de sulfure d’aluminium de concentration C en soluté apporté ( Al3+ , S2-) 2 3 Solution de formule 2 C 3 C