La molécule

Ch   :   Cohésion de la matière.

De manière générale, on considère en chimie qu’un système existe parce qu’il est stable, et qu’il perdure dans le temps.

A l’échelle microscopique (celle des atomes, des molécules et des ions) ce sont les interactions électriques (ou électromagnétiques) qui vont assurer la cohésion des cristaux ionique comme le sel de table qui est un cristal de chlorure de sodium ou la glace qui, elle est un cristal ou solide moléculaire. 

I ]  rôle de l’interaction électrique dans les solides : 

[pic 1]

(ii) A l’échelle microscopique les très petites valeurs de masse font que l’interaction gravitationnelle est négligeable, seule l’interaction électrique est influente.

1. Cohésion d’un cristal ionique :

a. Observation du cristal :

[pic 4]

b. Interactions élecrtrique et cohésion du cristal : 

Les gros points gris sont les ions chlorure Cl- les petits points noirs les ions  Na+.

Les flèches rouges représentent les forces d’attraction et les bleues les forces de répulsion.

L’ion central (ici un ion Cl- mais cela serait la même chose s’il s’était agit d’un ion sodium du fait de la symétrie) interagit avec tous les autres ions dans son voisinage, seules les forces d’interaction électriques avec les ions les plus proches sont représentées.

La cohésion d’un cristal ionique est assurée par les forces d’interactions électriques entre les ions qui le constituent.

Remarque : si le cristal existe c’est que les les interactions attractives sont plus importantes que les interactions répulsives, dans le cas contraire le cristal ne se forme pas donc ne peut exister.  

2. Cohésion des solides moléculaires         

Nous sommes toujours dans le domaine microscopique, c’est donc toujours l’interaction électrique qui assure la cohésion entre les différentes molécules à l’état solide. Comment expliquer que deux molécules soient liées par de forces électromagnétiques alors que les molécules sont neutres ?

a. Interactions – ou forces de Van der Waals entre molécules polaires :[pic 5]

Prenons le cas de la molécule constituée des atomes X ou Y, X étant plus électronégatif que Y

[pic 6]

Aux états liquide et solide, les molécules sont dans une grande agitation, se déplaçant très vite et tournant autour d’elles-mêmes cela empêche un alignement entre les charges partielles positives et négatives : aucune force électrique ne peut s’établir durablement.

Lorsque la température diminue, l’agitation cesse progressivement et les molécules se rapprochent et s’orientent de manière à ce que des charges partielles de signe opposés soient le plus proche, cela correspond à un état de stabilité. [pic 7]

Dans cet état des forces d’interaction électriques s’établissent et lient les molécules entre elles assurant ainsi la cohésion du solide.  

b. Interactions – ou forces de Van der Waals entre molécules apolaires :

[pic 8]

Pour qu’apparaisse une interaction électrique attractive, il faut qu’il y ait des charges de signes différents. Prenons l’exemple d’un matériau constitué de molécules diatomiques (schéma ci-contre) :

Les deux « + » sont les noyaux de chacun des deux atomes et les « - » en vert sont les électrons.

Comme pour toutes molécule diatomique, elles ne sont pas polarisées.

 [pic 9]

A l’état liquide (et gazeux), la température est plus élevée et les molécules sont en mouvement permanent rapide : elles n’ont pas d’orientation particulière, et une certaine distance entre elles est maintenue, les électrons se répartissent uniformément autour des deux noyaux. Il n’apparait pas de charge partielles.

Lorsque l’énergie des molécules diminue (par exemple du fait d’une baisse de température), les molécules ralentissent et se rapprochent, les électrons sont alors suffisamment proches pour se repousser ce qui modifie la forme du nuage électronique et fait apparaitre des charges partielles.[pic 10]

Les molécules, sous l’effet de ces interactions électriques adoptent une nouvelle configuration de stabilité dans laquelle les charges opposées se font face ce qui les lie entre elles. Elles sont alors à l’état solide.

Les forces d’interactions de Van der Walls sont des forces d’interaction électriques intermoléculaires qui assurent la cohésion des solides pour des matériaux constitués de molécules apolaires.                                                                      .

c. La liaison hydrogène :[pic 11]

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