Cohésion de la matière, relations structure-propriétés

Chimie : Chapitre 5

Cohésion de la matière, relations structure-propriétés

1. Rapport structure-propriétés des composés ioniques

1. Forme des cristaux

La maille : unité de structure des cristaux

• Cristaux présentent formes variées. (Cubique, rhomboédrique, monoclinique, …)
• La forme globale (macroscopique) d’un cristal résulte donc de la forme de sa maille (microscopique)

1. Dureté et fragmentation

• Les composés ioniques sont durs, ion positif -> attiré fortement par pls ions négatifs et vice versa. Ions maintenus en place, soudés par forces d’attraction.

• Dureté des cristaux importante !

12.2. Fragmentation des cristaux :

• Composés ioniques = cassants. Sous pression, ils éclatent en morceaux.
• Ions de mêmes charges se trouvent face à face et se repoussent brusquement.

1. Conductivité

Différents composés ioniques ne conduisent pas le courant, car la farce d’interaction entre les ions est telle que les ions ne sont pas mobiles.

1. Température de fusion

Composés ioniques ont températures de fusion relativement importantes

• Agitation thermique : Ions fortement liés entre eux par attraction électrostatique à état solide qui s’agitent atour de leur position dans cristal !
• + on chauffe, + ils s’agitent au point qu’énergie accumulée diminue force d’attraction qui les maintiennent. Ions acquièrent certaine mobilité et composé fond = liquide

1. En résumé

Composés ioniques de type MX et MXO :

• Sont solides
• Ont formes particulières résultant de la forme de leurs mailles
• Sont durs et se fragmentent de façon nette
• Ne sont pas conducteurs de l’électricité
• Ont température de fusion élevé.

1. Rapport structure-propriétés des métaux

1. La structure cristalline des métaux

Les métaux présentent une structure cristalline.

1. Propriétés des métaux

La malléabilité et la ductilité

Ductilité = capacité d’un matériau à se déformer plastiquement sans se rompre

Propriétés dues à mobilité des électrons autour des ions +. Liaisons métalliques établies dans les trois dimensions. Cations peuvent facilement glisser sur voisins car électrons mobiles s’ajustent immédiatement pour éviter séparation par répulsion des cations.

Conductivité électrique

Electrons dans métal ne sont pas maintenus de façon rigide. Peuvent donc se mouvoir. Sous action d’1 générateur de courant, électrons se déplacent et ce flux constitue courant électrique.

1. Utilités pour l’Homme

• Les fils de cuivres de différents diamètres
• Bijoux en or et argent
• Conductivité électrique 🡺 utilisation de fils électriques en cuivre pour install. électriques des bâtiments

1. Rapport structure-propriétés des solides atomiques covalents

Solide atomique covalent : solide dans lequel chaque atome est lié à ses voisins par liaisons covalentes.

• Solides covalents sont durs et ont températures de fusion très élevées 🡺 liaisons entre atomes fortes.
• Atomes peuvent se disposer de façon différente dans l’espace et former des variétés différentes appelées variétés allotropiques

1. Le diamant

• Diamant possède 1 excellente rigidité et grande dureté. Corps le + dur actuellement. Aussi excellent conducteur de chaleur et non conducteur d’électricité car pas d’électrons libres.
• Utilités pour l’Homme

• Diamants de bonne qualité utilisés comme bijoux
• Moins bonne qualité : utilisés en industrie comme abrasifs. Dureté permet de couper ou polir autres corps comme le verre, le marbre.

1. Le graphite

• Graphite est friable et conducteur électrique.
• Utilité pour l’homme

• Utilisés comme crayons. Par frottement, crayons laissent sur papier mince couche de graphites
• Utilisés comme pigments dans encres d’imprimerie et peintures.

1. Les fullerènes

Propriétés de ces molécules :

Fullerènes sont :

• Très stables
• Grande dureté
• Conductrices d’électricité
• Peuvent abriter d’autres molécules et se greffer sur d’autres.

Utilités pour l’homme :

• Pharmacologie : pourront véhiculer des médicaments, hormones, anticorps vers organes distants
• Réalisation de matériaux ultra-résistants ou supraconducteurs
• Synthèse de nouveaux lubrifiants et carburants pour fusées

1. Rapport structure-propriétés de l’eau : cohésion intermoléculaire

Composé covalent : Corps constitué de molécules identiques où tous les atomes sont liés par des liaisons covalentes

Pourquoi les composés covalents à température ordinaire se présentent-ils sous des états physiques différents ?

• Grosses différences dans températures d’ébullition. Doit donc exister forces d’intensité + grandes entre molécules d’eau puisque T°ébu. est supérieure
• Config spatiale de molécule d’eau et d’acide sulfhydrique identique. Par contre, électronégativité d’O (3,5) est + importante que le soufre (2,5). Donc l’O polarise fortement liaisons covalentes entre O et H alors que S les polarise très peu.
• Dans la molécule d’eau, chaque atome H porte 1 charge + partielle + grande que chaque atome H dans molécule d’acide sulfhydrique.
• Dans molécule d’eau, chaque atome O porte une charge – partielle + grande que chaque atome S dans molécule d’acide sulfhydrique.
• Existence d’attractions électrostatiques entre charge partielle de H et charge partielle de O et molécule voisine. Forces s’appellent liaisons d’H ou ponts d’H

En résumé :

Liaisons d’H existent lorsque

• 1 molécule contient de l’H ayant 1 charge partielle élevée car liée à 1 atome F, O ou N fortement électronégatif
• L’autre molécule contient 1 atome fortement électronégatif (O, N, F) porteur d’au moins 1 doublet libre.

Cohésion intermoléculaire dans la glace

• Structure tout entière est maintenue de façon rigide grâce aux liaisons H. Structure ouverte due à présence de bcp d’espaces libres entre molécules. Raison pour laquelle masse volumique de glace est inférieure à celle de l’eau et que glace flotte à surface de l’eau liquide.
• Lorsqu’on chauffe glace, ponts H se rompent et structure cristalline rigide s’écroule. Glace devient eau liquide dans laquelle il y’a – d’espace entre molécules d’eau. Eau liquide a dès lors 1 masse volumique supérieure à glace.

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