Interactions secondaires et détermination de la structure et des propriétés de la matière - Séance 1

Polarisation. Il s'agit d'une déformation d'un nuage de charge électronique symétrique d'un cation et d'un anion. C'est l'acte de diviser quelque chose qui contient des opinions différentes en deux groupes opposés. Une liaison ionique est formée par le gain ou la perte d'électrons et, par conséquent, des anions et des cations sont formés. Ainsi, le cation déforme la forme du nuage de l’anion. Cette distorsion d'un nuage d'électrons de l'ion chargé négativement par l'ion chargé positivement est appelée polarisation. Il fait référence à la tendance de la matière à acquérir un moment dipolaire électrique dans un champ électrique proportionnel à ce champ appliqué.

Dans un cristal ionique, le champ électrique positif d'un cation attire le nuage électronique d'un anion à une distance égale. Polarisabilité des cations. Le pouvoir polarisant dépend de la capacité d'un cation à déformer le nuage électronique d'un anion. Les cations de plus petite taille et avec des charges positives élevées ont un pouvoir polarisant élevé. Pouvoir polarisant des anions. Il s'agit d'une propriété permettant d'être polarisé par déformation cationique du nuage électronique. Sa polarisabilité augmente avec l'augmentation de la taille anionique et de la charge négative. De ce fait, la caractéristique covalente de la molécule augmente également.

C'est une mesure de la polarité d'une molécule. Elle se produit lorsque les atomes partagent de manière inégale les électrons d'une molécule. Le moment dipolaire est produit dans une molécule lorsque la séparation de charge se produit. La séparation de charge se produit lorsque la différence d’électronégativité entre les atomes est élevée. Voyons cela à travers la molécule de chlorure d’hydrogène. L'hydrogène a une charge positive et le chlore a une charge négative. Ils ont une différence d’électronégativité élevée. De ce fait, des dipôles se créent en lui et nous pouvons mesurer son moment dipolaire. Le moment dipolaire est une quantité vectorielle représentée par µ.

Elle est égale à la distance entre les charges multipliée par le nombre de charges. Sa direction va toujours d’un atome moins électronégatif vers un atome plus électronégatif. Dans les molécules possédant une paire non liant, la direction du moment dipolaire est vers la paire non liant. Le moment dipolaire d'une molécule non polaire est nul. Le moment dipolaire n'est pas égal à zéro pour une molécule polaire. Molécules hétéroatomiques. Le moment dipolaire du dioxyde de carbone est nul car l'effet de la polarité d'un côté de l'oxygène est annulé par seconde sur l'autre côté de l'oxygène. Il devient ainsi non polaire.

Ammoniac. Nous savons que l’ammoniac possède une paire non liant et trois paires de liaisons. La polarité de la paire non liant est dans la direction de la paire non liant. Pendant ce temps, entre l’hydrogène et l’azote, l’azote est plus électronégatif. Par conséquent, la direction de la polarité est vers l’azote. L’ammoniac devient donc une molécule hautement polaire. Il a une charge négative partielle sur l'azote et des charges positives partielles sur trois atomes d'hydrogène. Tétrachlorure de carbone. Le tétrachlorure de carbone est une molécule non polaire. C'est parce que les polarités des liaisons chlore-carbone s'annulent l'une l'autre.

Chlorure de béryllium. Le béryllium a une électronégativité de 1,57. Le chlore a une électronégativité de 3,16. Le chlore étant plus électronégatif, la direction de la polarité est vers le chlore. Il possède des liaisons polaires mais la molécule dans son ensemble est non polaire. L’effet de la polarité d’un côté du chlore est annulé par le deuxième côté du chlore. Il a donc un moment dipolaire nul.

Interaction ion-dipôle. Les ions sont des atomes ou des molécules qui ont une charge nette. Par exemple, lorsque le chlore gagne un électron, il devient un ion chlorure. C'est un ion car il a maintenant une charge nette négative. De même, lorsque le sodium perd un électron, il obtient une charge positive et devient un ion. Quelle est la différence entre cela et un dipôle ? Dans le dipôle, la charge est séparée en différentes extrémités des molécules, ce qui donne une extrémité partiellement positive et une extrémité partiellement négative. L'eau est une molécule très polaire contenant de l'oxygène qui est assez électronégatif et lié covalentement à deux atomes d'hydrogène. Les électrons passent donc plus de temps autour de l’oxygène qu’autour de l’hydrogène.

Dans l'interaction des ions et des dipôles, les forces de Coulomb sont un facteur important. La partie négative partielle d'un dipôle serait attirée par un ion chargé positivement. De même, dans un anion chlorure, l’ion négatif sera attiré vers l’extrémité partiellement positive de la molécule. C’est l’une des raisons pour lesquelles le chlorure de sodium se dissout facilement dans l’eau. Ces ions peuvent être séparés puis attirés par les molécules d’eau polaires qui possèdent des dipôles moléculaires. Ces forces d'interaction sont des forces de Coulomb, donc la force des charges est importante. Une force ion-dipôle plus forte nécessite des charges plus fortes sur les ions.

Dipôle-Dipôle. Un dipôle est une molécule possédant des pôles partiellement positifs et négatifs. Dans HCl, le chlore est plus électronégatif. Ainsi, la direction du dipôle partiel est vers le chlore en raison de l'inclinaison du nuage électronique vers l'atome de chlore. En conséquence, une charge positive partielle apparaît sur l’hydrogène et une charge négative partielle sur le chlore. Considérons deux molécules de HCl l’une à côté de l’autre. Le pôle négatif d’un HCl attirera le pôle positif de l’autre HCl. Cette force attractive générée entre les deux molécules est appelée force dipôle-dipôle. Nous représentons généralement la force dipôle-dipôle par une ligne pointillée.

Dans une molécule d'ICl, l'atome de chlore le plus électronégatif a une charge négative partielle et l'iode a une charge positive partielle. Ainsi, l’iode partiellement positif d’une molécule d’ICl est attiré vers le chlore partiellement négatif d’une autre molécule d’ICl. Les liaisons covalentes entre les HCL sont très fortes. Le chlore est plus électronégatif, il a donc une charge négative partielle et l'hydrogène a une charge positive partielle. La direction du dipôle va du chlore vers l'hydrogène. L'extrémité positive d'une molécule est attirée vers l'extrémité négative de la deuxième HCL et vice versa.

Liaison hydrogène. Une force attractive appelée liaison hydrogène peut exister entre certaines molécules. Ces liaisons sont plus faibles que les liaisons ioniques ou covalentes car il faut moins d’énergie pour rompre ces types de liaisons. Cependant, un grand nombre de ces liaisons peuvent exercer une force importante. Les liaisons hydrogène sont le résultat d'une distribution inégale de charge sur une molécule. Ces molécules sont dites polaires.

Si nous regardons une molécule d’eau, nous pouvons voir que l’atome d’oxygène partage des électrons avec 2 atomes d’hydrogène différents. Ils possèdent un total de 8 électrons, dont 4 partagés entre l'atome d'oxygène et deux atomes d'hydrogène. Il y a 4 autres électrons non partagés de l'atome d'oxygène. Ceux-ci se trouvent dans la couche de valence, appariés en deux paires non isolées. Les deux paires isolées se repoussent mutuellement et repoussent également les paires de liaisons entre les atomes d'hydrogène et l'atome d'oxygène. L'oxygène étant hautement électronégatif et en raison de la présence d'une paire d'électrons isolés, il possède une charge négative partielle.

Ainsi, une molécule d'eau est partiellement positive du côté hydrogène et partiellement négative du côté oxygène de la molécule où se trouvent les paires non liants. L'atome d'hydrogène d'une molécule d'eau est attiré par l'atome d'oxygène d'une molécule d'eau voisine. C'est ainsi que se produit la liaison hydrogène dans l'eau.

Fluorure d'hydrogène. Le fluorure d'hydrogène est produit par une liaison covalente entre l'hydrogène et le fluor. Dans ces liaisons, les atomes dans lesquels ils partagent des électrons. L'hydrogène possède un électron tandis que le fluor contient sept électrons de valence. Il faut donc un électron pour devenir stable. Ainsi, l'hydrogène a une charge positive partielle tandis que l'atome de fluor a une charge négative partielle en raison d'une plus grande électronégativité. De cette façon, lorsque l'hydrogène d'une molécule est attiré par le fluor d'une molécule voisine, une liaison hydrogène se produit.