Les cristaux moléculaires

Les forces de Van der Waals : manifestations Etude des gaz • le gaz parfait : molécules sans interaction entre elles P.V=R.T (1 mole) • le gaz réel : molécules avec interaction entre elles Terme attractif à courte distance Terme répulsif à très courte distance

Les forces de Van der Waals : manifestations Etude des gaz • le gaz parfait : molécules sans interaction entre elles P.V=R.T (1 mole) • le gaz réel : molécules avec interaction entre elles

Les forces de Van der Waals : manifestations Etude des gaz • le gaz parfait : molécules sans interaction entre elles P.V=R.T (1 mole) • le gaz réel : molécules avec interaction entre elles Terme attractif à courte distance Terme répulsif à très courte distance

Les forces de Van der Waals : manifestations Etude des solides Existence de cristaux formés de la juxtaposition tridimensionnelle de molécules : • faible température de fusion : H2 (s) : Tfus = - 259 °C • facilité de sublimation : I2 (s) Il existe des forces de faible intensité entre les molécules, à l’état gazeux ou condensé Ce sont les interactions de Van der Waals entre les molécules

Les forces de Van der Waals : manifestations Etude des solides Existence de cristaux formés de la juxtaposition tridimensionnelle de molécules : • faible température de fusion : H2 (s) : Tfus = - 259 °C • facilité de sublimation : I2 (s) Il existe des forces de faible intensité entre les molécules, à l’état gazeux ou condensé Ce sont les interactions de Van der Waals entre les molécules

Interaction dipôle permanent / dipôle permanent (Keesom) Les forces de Van der Waals : nature Interaction dipôle permanent / dipôle permanent (Keesom) Energie potentielle d’interaction moyennée : (électrostatique + agitation thermique) Terme attractif ou répulsif ?

Interaction dipôle permanent / dipôle permanent (Keesom) Les forces de Van der Waals : nature Interaction dipôle permanent / dipôle permanent (Keesom) Energie potentielle d’interaction moyennée : (électrostatique + agitation thermique) Terme attractif ou répulsif ?

Interaction dipôle permanent / dipôle permanent (Keesom) Les forces de Van der Waals : nature Interaction dipôle permanent / dipôle permanent (Keesom) Energie potentielle d’interaction moyennée : (électrostatique + agitation thermique) Terme attractif ou répulsif ?

Interaction dipôle permanent / dipôle permanent (Keesom) Les forces de Van der Waals : nature Interaction dipôle permanent / dipôle permanent (Keesom) Energie potentielle d’interaction moyennée : (électrostatique + agitation thermique) Terme attractif

Interaction dipôle permanent / dipôle induit (Debye) Les forces de Van der Waals : nature Interaction dipôle permanent / dipôle induit (Debye)

Interaction dipôle permanent / dipôle induit (Debye) Les forces de Van der Waals : nature Interaction dipôle permanent / dipôle induit (Debye)

Interaction dipôle permanent / dipôle induit (Debye) Les forces de Van der Waals : nature Interaction dipôle permanent / dipôle induit (Debye)

Interaction dipôle permanent / dipôle induit (Debye) Les forces de Van der Waals : nature Interaction dipôle permanent / dipôle induit (Debye)

Interaction dipôle permanent / dipôle induit (Debye) Les forces de Van der Waals : nature Interaction dipôle permanent / dipôle induit (Debye) Energie potentielle d’interaction moyennée : (électrostatique + agitation thermique) Terme attractif

Interaction dipôle instantané / dipôle instantané (London) Les forces de Van der Waals : nature Interaction dipôle instantané / dipôle instantané (London) Deux molécules sans dipôle permanent peuvent interagir grâce à leurs moments dipolaires instantanés Energie potentielle d’interaction moyennée : (électrostatique + agitation thermique) Terme attractif

Interaction dipôle instantané / dipôle instantané (London) Les forces de Van der Waals : nature Interaction dipôle instantané / dipôle instantané (London) Deux molécules sans dipôle permanent peuvent interagir grâce à leurs moments dipolaires instantanés Energie potentielle d’interaction moyennée : (électrostatique + agitation thermique) Terme attractif

Interaction dipôle instantané / dipôle instantané (London) Les forces de Van der Waals : nature Interaction dipôle instantané / dipôle instantané (London) Deux molécules sans dipôle permanent peuvent interagir grâce à leurs moments dipolaires instantanés Energie potentielle d’interaction moyennée : (électrostatique + agitation thermique) Terme attractif

Les forces de Van der Waals : comparaison Sauf pour les molécules très polaires (ex : H2O), le terme d'attraction de London est prépondérant

Les forces de Van der Waals : comparaison Sauf pour les molécules très polaires (ex : H2O), le terme d'attraction de London est prépondérant

Energie potentielle d’interaction totale Liaison de Van der Waals On modélise la répulsion entre les nuages électroniques externes des différentes entités par un terme répulsif : On rassemble les termes de Keesom, Debye et London en un terme attractif : Energie potentielle d’interaction totale prédomine à grande distance prédomine à courte distance

Energie potentielle d’interaction totale Liaison de Van der Waals On modélise la répulsion entre les nuages électroniques externes des différentes entités par un terme répulsif : On rassemble les termes de Keesom, Debye et London en un terme attractif : Energie potentielle d’interaction totale prédomine à grande distance prédomine à courte distance

Energie potentielle d’interaction totale Liaison de Van der Waals On modélise la répulsion entre les nuages électroniques externes des différentes entités par un terme répulsif : On rassemble les termes de Keesom, Debye et London en un terme attractif : Energie potentielle d’interaction totale Quel terme prédomine à courte distance ?

Energie potentielle d’interaction totale Liaison de Van der Waals On modélise la répulsion entre les nuages électroniques externes des différentes entités par un terme répulsif : On rassemble les termes de Keesom, Debye et London en un terme attractif : Energie potentielle d’interaction totale prédomine à courte distance

Energie potentielle d’interaction totale Liaison de Van der Waals On modélise la répulsion entre les nuages électroniques externes des différentes entités par un terme répulsif : On rassemble les termes de Keesom, Debye et London en un terme attractif : Energie potentielle d’interaction totale prédomine à grande distance prédomine à courte distance

Création d’une liaison de Van der Waals

de est de l'ordre de 3 à 5 Å (300 à 500 pm), (nettement plus long que la longueur d'une liaison covalente : 140 pm) Puits de stabilisation, , est de l'ordre de 1 à 10 kJ.mol-1. (nettement plus faible que l'énergie de dissociation des liaisons covalentes (≈ 300 kJ.mol-1) On a interprété l'existence d'une liaison de faible énergie entre des molécules ou atomes

de est de l'ordre de 3 à 5 Å (300 à 500 pm), (nettement plus long que la longueur d'une liaison covalente : 140 pm) Puits de stabilisation, , est de l'ordre de 1 à 10 kJ.mol-1. (nettement plus faible que l'énergie de dissociation des liaisons covalentes (≈ 300 kJ.mol-1) On a interprété l'existence d'une liaison de faible énergie entre des molécules ou atomes

de est de l'ordre de 3 à 5 Å (300 à 500 pm), (nettement plus long que la longueur d'une liaison covalente : 140 pm) Puits de stabilisation, , est de l'ordre de 1 à 10 kJ.mol-1. (nettement plus faible que l'énergie de dissociation des liaisons covalentes (≈ 300 kJ.mol-1) On a interprété l'existence d'une liaison de faible énergie entre des molécules ou atomes

La liaison hydrogène Tfus(X2) pour X : F, Cl, Br, I Tfus(H2X) pour X = O, S, Se, Te

La liaison hydrogène Tfus(X2) pour X : F, Cl, Br, I Tfus(H2X) pour X = O, S, Se, Te

La liaison hydrogène Tfus(X2) pour X : F, Cl, Br, I n  polarisabilité de X  terme attractif de London (majoritaire)  Liaisons VdW  Tfus Tfus(H2X) pour X = O, S, Se, Te

La liaison hydrogène Tfus(X2) pour X : F, Cl, Br, I Tfus(H2X) pour X = O, S, Se, Te

La liaison hydrogène Tfus(X2) pour X : F, Cl, Br, I Exceptions dues à la liaison hydrogène Tfus(H2X) pour X = O, S, Se, Te

La liaison hydrogène On a une liaison hydrogène si un atome d'hydrogène est lié de façon covalente à un atome A très électronégatif, et s'il est à proximité d'un autre atome B électronégatif, porteur de un ou plusieurs doublets non liants, et impliqué dans un moment dipolaire permanent.

La liaison hydrogène On a une liaison hydrogène si un atome d'hydrogène est lié de façon covalente à un atome A très électronégatif, et s'il est à proximité d'un autre atome B électronégatif, porteur de un ou plusieurs doublets non liants, et impliqué dans un moment dipolaire permanent.

La liaison hydrogène Il s'agit d'une interaction entre deux moments dipolaires permanents élevés ( terme de Keesom prédominant devant le terme de London).

La liaison hydrogène Il s'agit d'une interaction entre deux moments dipolaires permanents élevés ( terme de Keesom prédominant devant le terme de London). H étant un petit atome, il peut s'approcher près de B. L'interaction est d'autant plus attractive. Liaison hydrogène = liaison de Van der Waals particulière, et plus forte que les liaisons de Van der Waals habituelles : de ≈ 2 Å  de 10 à 30 kJ.mol-1

La liaison hydrogène Il s'agit d'une interaction entre deux moments dipolaires permanents élevés ( terme de Keesom prédominant devant le terme de London). H étant un petit atome, il peut s'approcher près de B. L'interaction est d'autant plus attractive. Liaison hydrogène = liaison de Van der Waals particulière, et plus forte que les liaisons de Van der Waals habituelles : de ≈ 2 Å  de 10 à 30 kJ.mol-1

Les cristaux moléculaires Par définition, le motif des cristaux moléculaires est formé de molécules simples dans lesquels les atomes sont liés par covalence. La stabilité du cristal, est assurée par des interactions de Van der Waals ou des liaisons hydrogène. ◊ non conducteurs. ◊ faibles températures de fusion. ◊ faibles énergies de sublimation

Environnement tétraédrique d’une molécule de H2O AX2E2

Environnement tétraédrique d’une molécule de H2O AX2E2

Chaque O est au centre d’un tétraèdre généré par 4 autres O

Environnement tétraédrique d’une molécule de H2O

Environnement tétraédrique d’une molécule de H2O

Structure de la glace (III)

Structure de la glace (III)

Structure de la glace (III)

Structure de la glace (III)

Environnement de chaque O ?

Environnement de chaque O ? Translation

Environnement de chaque O ?

Environnement de chaque O ?

Environnement de chaque O ?

Environnement de chaque O ?

Environnement de chaque O ? tétraèdrique

Nature du réseau ?

Longueur d’une liaison hydrogène

Longueur d’une liaison hydrogène 96 pm = d1 a/2

Longueur d’une liaison hydrogène 96 pm = d1 a/2