Composés ioniques et covalents | Chimie générale 1

Les propriétés des substances sont déterminées par le type de liaison au sein de la substance. Il existe 3 types différents :
 

• Liaisons ioniques : liaisons formées entre un cation métallique et un anion non-métallique dues à la force électrostatique qui lie les ions de charges opposées
• Liaisons covalentes : liaisons impliquant le partage d'une paire d'électrons entre deux non-métaux pour permettre aux atomes d'atteindre un octet dans leur couche de valence
• Liaisons métalliques : liaisons formées par une force attractive électrostatique entre les électrons de conduction et les ions métalliques positivement chargés. Ce type de liaison chimique peut être décrit comme le partage d'électrons libres parmi une structure d'ions positivement chargés

Composé ionique :

Un composé chimique composé de cations et d'anions liés ensemble par des liaisons ioniques et formant un réseau cristallin étendu d'ions alternants. En solution, les composés ioniques forment des ions et sont donc de bons conducteurs d'électricité
 

Na perd facilement un e^- et devient le cation métallique Na⁺
Cl gagne facilement un e^- et devient un anion non métallique Cl^-
NaCl est un composé ionique tenu par la liaison ionique entre Na⁺ et Cl^- : Na⁺ + Cl^- → NaCl

Comment déterminer la formule chimique d'un composé ionique :

1. Déterminer la charge des éléments
2. Équilibrer les charges positives et négatives pour obtenir la neutralité
3. Écrire la formule chimique résultante
    

Formule chimique du composé ionique formé entre l'aluminium et le fluor :

1. Al → Al³⁺ ; F → F^-
2. Pour obtenir la neutralité : 1 cation Al³⁺ pour 3 anions F^-
3. Formule chimique : AlF₃

Composé covalent :

Une molécule individuelle dont les électrons sont partagés entre ses atomes formant des liaisons covalentes. En solution, les composés covalents ne forment pas d'ions et sont donc de mauvais conducteurs de l'électricité.
 

Cl : Z = 17 ⇒ 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ ⇒ 7 électrons de valence

Si deux atomes de chlore partagent chacun un électron :

• ils ont 8 électrons dans leur couche externe
• ils atteignent la configuration électronique de l'argon

⇒ formation de Cl₂

Longueur de liaison vs force de liaison :

• Longueur de liaison : distance entre deux noyaux liés covalentement.
  La longueur de liaison diminue avec l'augmentation de la multiplicité de la liaison : liaison simple > liaison double > liaison triple. Elle est aussi directement proportionnelle à la taille des atomes : la longueur de liaison augmente avec la taille atomique croissante.
• Force de liaison : énergie requise pour rompre une liaison.
  La force de liaison augmente avec la multiplicité de la liaison : liaison simple < liaison double < liaison triple. Lors de la comparaison des liaisons de même multiplicité, la force de la liaison augmente généralement lorsque la longueur de la liaison diminue.

• Formule empirique : la formule chimique avec le rapport le plus simple en nombre entier d'atomes présents dans un composé
• Formule moléculaire : la formule chimique qui indique le nombre de chaque élément dans un composé

Molécule de glucose :

Formule empirique = CH₂O
Formule moléculaire = C₆H₁₂O₆

La loi de la composition constante stipule que les échantillons d'un composé pur sont toujours constitués des mêmes éléments dans la même proportion ou ratio massique. À partir d'une formule moléculaire ou empirique, nous pouvons calculer quel pourcentage de la masse totale est apporté par chaque élément dans un composé.
 

Pourcentage de composition par masse :

Le pourcentage de la masse totale apporté par chaque élément dans un composé. Le pourcentage massique d'un élément dans un composé, par exemple A dans AB, est donné par :
 

Pourcentage de composition de H₂O :

%H = 2 x $\frac{1.008}{18.016}$ x 100 = 11,19%

%O = $\frac{16.00}{18.016}$ x 100 = 88,81%

M_H = 1,008 um
M_O = 16,00 um
M_H2O = 18,016 um

Composé ionique

La plupart des composés ioniques sont des composés binaires. Ils sont constitués de 2 ions dérivés de 2 éléments différents : un élément métallique (un cation) et un élément non métallique ou un ion polyatomique (un anion).

Nom d'un composé ionique : nom du cation + nom de l'anion avec le suffixe –ide pour les ions non polyatomiques. Le mot ion est omis. Si le métal est un métal à charge variable, la charge est indiquée entre parenthèses avec des chiffres romains.
 

CaS = sulfure de calcium
CaBr₂ = bromure de calcium
Fe₂(SO₄)₃ = sulfate de fer(III)

Composé moléculaire

Les composés moléculaires binaires sont constitués de 2 non-métaux.

Nom d'un composé moléculaire binaire : nom du 1^er élément de la formule + nom du 2^e élément avec le suffixe –ide. Des préfixes servent à indiquer le nombre d'atomes d'un élément donné dans une molécule (mono- = 1, di- = 2, tri- = 3, tétra- = 4 …). Le préfixe mono- est généralement omis pour le premier élément. La finale a ou o du préfixe est combinée avec un nom commençant par une voyelle.
 

HCl = chlorure d'hydrogène
CO₂ = dioxyde de carbone
PCl₅ = pentachlorure de phosphore

La formation d'un composé ionique à partir de ses éléments correspondants est calculée en imaginant un processus en trois étapes :

1. Un électron est retiré d'un atome en phase gazeuse pour former un cation.
   Énergie de cette étape : l'énergie d'ionisation de l'élément correspondant.

2. Un électron est ajouté à un autre atome en phase gazeuse pour former un anion.
   Énergie de cette étape : l'affinité électronique EA de l'élément correspondant.

3. Les ions en phase gazeuse se combinent pour former une liaison ionique.
   Énergie de cette étape : l'énergie de Coulomb E_coulomb.

Énergie de Coulomb E_coulomb (en J):

Énergie de formation du composé ionique NaCl (Na⁺Cl^-):

Na (g) + Cl (g) → Na⁺(g) + Cl^-(g)

1. Na (g) → Na⁺ (g) + e^-
   Énergie : première énergie d'ionisation de Na = I_Na = 0,824 aJ

2. Cl (g) + e^- → Cl^- (g)
   Énergie : première affinité électronique de Cl = EA_Cl = -0,580 aJ

3. Na⁺ (g) + Cl^- (g) → Na⁺Cl^- (g) (d_Na-Cl = 283 pm)
   Énergie : énergie de Coulomb = E_coulomb = 231 × ...

Énergie totale de cette réaction : E_réaction = I_Na + EA_Cl + E_coulomb = -0,572 aJ