Cohsion de la matire molculaire
04-24-2010

Cohsion de la matire molculaire


I. La molcule.

1. Dfinition.
Une molcule est un assemblage lectriquement neutre d'atomes lis entre eux par des liaisons covalentes.
2. Longueur des liaisons.
La longueur d'une liaison dans une molcule est la distance entre les centres des deux atomes lis dans cette molcule.
Remarques:
  • Les longueurs des liaisons sont de l'ordre d'une centaine de picomtres (1pm=10-12m).
  • La longueur d'une liaison dans une molcule diatomique AA est infrieure la somme des rayons ra des atomes lis. Ce qui signifie que les nuages lectroniques des atomes lis s'interpntrent. Il en est de mme dans une molcule de type AB (voir schmas ci-dessous).
3. Énergie de liaison.
1. Cas des molcules diatomiques.
1.1 Remarque d'ordre nergtique.
Un systme volue spontanment vers un tat de moindre nergie (nergie plus faible). Ce qui correspond un tat plus stable. Donc si deux atomes A et B s'unissent pour former une molcule AB c'est que cette molcule possde moins d'nergie que les atomes isols et reprsente donc un systme plus stable que celui form par les deux atomes isols.
Inversement, pour dissocier la molcules AB (casser la liaison AB) en ses diffrents atomes A et B il faut lui fournir de l'nergie.
1.2 Dfinition de l'nergie de liaison (ou nergie de cohsion).
L'nergie de la liaison AB est l'nergie qu'il faut fournir une mole de molcules AB, prise l'tat gazeux, pour les dissocier en leurs atomes constitutifs A et B l'tat gazeux.
L'nergie de liaison est une grandeur positive et s'exprime en J.mol-1 (ou kJ.mol-1). On la note en gnral D AB.
Cette nergie correspond la transformation modlise par l'quation:

AB(g) A(g) + B(g)
DE = DAB
pour une mole de molcules de AB
2. Cas des molcules polyatomiques.
2.1 Cas de l'eau.

La formule semi-dveloppe de l'eau est:

Il apparat deux liaisons OH.
L'nergie moyenne de la liaison OH est dfinie comme la moiti de l'nergie apporter une mole de molcules d'eau, prises l'tat gazeux, pour la dissocier en ses atomes constitutifs O, H et H l'tat gazeux.
On admet en effet que pour passer de H2O(g) H(g)+H(g)+O(g) il y a deux liaisons OH rompre et qu'elles ont la mme nergie de liaison.
Cette nergie correspond la transformation modlise par l'quation:

H2O(g) H(g) + H(g) + O(g)
DE = 2DOH
pour une mole de molcules d'eau
2.2 Gnralisation.
L'nergie de cohsion d'une molcule est gale la somme des nergies moyennes de chacune de ses liaisons.
Ces nergies moyennes de liaisons sont donnes dans des tables.

II. Les assemblages de molcules.


1. Les tats de la matire.
1.1 L'tat solide.
A l'tat solide, les molcules sont ranges dans l'espace de manire ordonne, des distances moyennes constantes et faibles. Un solide possde une forme propre.
L'tat solide est un tat ordonn.

1.2 L'tat liquide.
A l'tat liquide, les molcules ne sont plus ranges de faon ordonne. Elles peuvent glisser les unes sur les autres. Un liquide ne possde pas de forme propre mais prend celle du rcipient qui le contient. Les distances entre les molcules sont plus grandes que dans le cas du solide.
L'tat liquide est un tat dsordonn fluide.

1.3 L'tat gazeux.
A l'tat gazeux, les molcules sont encore plus loignes les unes des autres que dans les tats prcdents. Un gaz n'a ni forme propre ni volume propre. Il est expansible (occupe tout le volume qui lui est offert) et il est compressible.
L'tat fluide est un tat trs dsordonn et fluide.

2. Energie de cohsion intermolculaire.
1. Agitation thermique.
Le passage de l'tat solide l'tat liquide se caractrise par une augmentation du dsordre. L'agitation thermique molculaire augmente de l'tat solide l'tat gazeux.
Cette augmentation de l'agitation thermique laquelle correspond une augmentation de l'nergie cintique de chaque molcule est capable de rompre les liens qui retiennent les molcules entre elles. La cohsion de la matire s'en trouve amoindrie.

2. Energie de cohsion.
2.1 Energie de cohsion d'un solide molculaire.
L'nergie de cohsion d'un solide molculaire form de molcules M est l'nergie qu'il faut lui apporter pour dissocier une mole de molcules M l'tat solide en une mole de molcules M l'tat gazeux.
Cette nergie correspond la transformation modlise par

M(s) M(g)
Esub
pour une mole de molcules M
2.2 Energie de cohsion d'un liquide molculaire.
L'nergie de cohsion d'un liquide molculaire form de molcules M est l'nergie qu'il faut lui apporter pour dissocier une mole de molcules M l'tat liquide en une mole de molcules M l'tat gazeux.
Cette nergie correspond la transformation modlise par

M(l) M(g)
Evap
pour une mole de molcules M
Remarque: L'nergie de cohsion d'un solide molculaire est infrieure l'nergie de cohsion de la molcule constituant le solide comme en tmoigne le fait exprimental que l'on peut faire fondre de la glace (eau solide) ou vaporiser de l'eau liquide sans dtruire la molcule d'eau.