Liquides et Solides | Chimie générale 2

Forces intramoléculaires : forces à l'intérieur d'une molécule (c'est-à-dire les liaisons chimiques)
Forces intermoléculaires : forces entre les molécules

Différents types de forces intermoléculaires :

• Ion-dipôle (40-600 kJ.mol^-1)
• Liaison hydrogène (10-40 kJ.mol^-1)
• Dipôle-dipôle (5-25 kJ.mol^-1)
• Dipôle induit par un ion (3-15 kJ.mol^-1)
• Dipôle induit par un dipôle (2-10 kJ.mol^-1)
• Dispersion de London (0,05-40 kJ.mol^-1)

Liaison hydrogène : interaction électrostatique qui se produit entre un atome d'hydrogène lié à N, O ou F et un atome électro-négatif qui possède une paire d'électrons non liante
 

Dipôles : molécules avec un moment dipolaire moléculaire
Dipôles induits : molécules apolaires dans lesquelles un moment dipolaire temporaire a été induit par une molécule chargée ou polaire
 

La molécule O₂ isolée est apolaire
Lorsqu'une molécule d'eau polaire se rapproche, la répartition des électrons dans O₂ est réarrangée
⇒ O₂ est maintenant polaire ⇒ il s'agit d'un dipôle induit

Forces de dispersion de London : interaction électrostatique qui se produit entre deux molécules apolaires
Les électrons à l'intérieur d'une molécule se déplacent constamment
⇒ à un moment donné : répartition asymétrique de ces électrons
⇒ création d'un moment dipolaire instantané
⇒ dipôle induit sur une molécule apolaire voisine

Transitions de phase endothermiques :

Solide à liquide : fusion / fusion (ΔH⁰_fus)
Liquide à gaz : vaporisation (ΔH⁰_vap)
Solide à gaz : sublimation (ΔH⁰_sub = ΔH_fus + ΔH_vap ⇒ loi de Hess)

Transitions de phase exothermiques :

Liquide à solide : solidification (-ΔH⁰_fus)
Gaz à liquide : condensation (-ΔH⁰_vap)
Gaz à solide : déposition (-ΔH⁰_sub)

Segment A:

La substance est un solide.
Lorsque la chaleur est ajoutée au système, la température (T) augmente selon la relation :

q = n C_PΔT

où:

n = nombre de moles (en mol)

C_P = capacité calorifique molaire du solide à pression constante (en J.K^-1.mol^-1)

Segment B:

Changement de phase de solide à liquide.
Lorsque la chaleur est ajoutée au système, la température (T) reste constante :

q = n ΔH⁰_fus

où:

n = nombre de moles (en mol)

ΔH⁰_fus = changement enthalpique pour la fusion (en J.mol^-1)

Segment C:

La substance est un liquide.
Lorsque la chaleur est ajoutée au système, la température (T) augmente selon la relation :

q = n C_P'ΔT

où:

n = nombre de moles (en mol)

C_P' = capacité calorifique molaire du liquide (en J.K^-1.mol^-1) différente de C_P du segment A

Segment D:

Changement de phase de liquide à gaz.
Lorsque la chaleur est ajoutée au système, la température (T) reste constante :

q = n ΔH⁰_vap

où:

n = nombre de moles (en mol)

ΔH⁰_vap = changement enthalpique pour la vaporisation (en J.mol^-1)

Segment E:

La substance est un liquide.
Lorsque la chaleur est ajoutée au système, la température (T) augmente selon la relation :

q = n C_P''ΔT

où:

n = nombre de moles (en mol)

C_P'' = capacité calorifique molaire du gaz (en J.K^-1.mol^-1)

Diagramme de phase : diagramme qui affiche les régions de toutes les phases d'une substance pure

Triple point : toutes les 3 phases coexistent en équilibre
Point critique : point où 2 phases deviennent indistinguables l'une de l'autre

Viscosité η :

Mesure de la résistance d'un liquide à s'écouler
Forces intermoléculaires plus fortes = plus visqueux
Température plus élevée = moins visqueux
Les molécules longues et flexibles ont une viscosité plus élevée que les molécules à chaîne plus courte ou sphériques

Tension Superficielle (en J.m²) :

Énergie requise pour augmenter la surface d'un liquide
Forces intermoléculaires plus fortes = tension superficielle plus élevée
Les agents tensioactifs réduisent la tension superficielle en diminuant les forces intermoléculaires entre les molécules adjacentes à la surface

Phénomène de Capillarité :

Tendance d'un liquide de monter contre la gravité dans un tube de petit diamètre (un capillaire)
⇒ forces adhésives

Pression exercée par la vapeur sur le liquide
La pression augmente jusqu'à atteindre l'équilibre (taux d'évaporation = taux de condensation)
À l'équilibre, la pression de vapeur est constante (= pression de vapeur d'équilibre)
Un liquide a une pression de vapeur d'équilibre unique à chaque température

Point d'ébullition normal : température à laquelle la pression de vapeur = pression atmosphérique (1 atm)

Substance volatile : substance avec une haute pression de vapeur à température normale

Humidité relative φ exprimée en pourcentage:

P⁰_H2O diminue lorsque T diminue ⇒ φ augmente lorsque T diminue

Point de rosée: température à laquelle l'humidité relative φ = 100%

Crystal: matériau solide dont les constituants (atomes, molécules, ions) sont disposés dans une structure microscopique hautement ordonnée ⇒ réseau cristallin

Cellule unitaire: plus petite sous-unité d'un réseau cristallin pouvant être utilisée pour générer tout le réseau

• simple cubique: 1 atome par cellule unitaire (à l'extrémité)

longueur d'un côté = 2 x rayon de l'atome

• cubique centré: 2 atomes par cellule unitaire (à l'extrémité et au centre de la cellule unitaire)

longueur de la diagonale principale = 4 x rayon cristallographique

• cubique centré sur les faces: 4 atomes par unité (à l'extrémité et au centre de chaque face)

longueur de la diagonale d'une face = 4 x rayon cristallographique

Les cristaux peuvent être classés selon les forces entre les particules constitutives :

• Cristal ionique :

attractions chargées de charge coulombienne entre les cations et les anions (ex : NaCl (s))
→ dur et cassant, point de fusion élevé, mauvais conducteur électrique

• Cristal moléculaire :

interactions de van der Waals entre les molécules (ex : I₂ (s))
→ mou, bas point de fusion, mauvais conducteur électrique

• Cristal à réseau :

réseau étendu de liaisons covalentes entre les atomes (ex : C(s), diamant)
→ très dur, point de fusion élevé

• Cristal amorphe :

forces attractives diverses entre des groupes de molécules (ex : plastique)
→ pas de point de fusion précis

• Cristal métallique :

cations aux points de réseau et électrons délocalisés (ex : Ag(s), Cu(s))

⇒ bon conducteur électrique

Colloid: mixture of a solvent and suspended particles
⇒ heterogeneous mixture but particles are too small to be seen. Particle size in colloids: 1 to 100 nm ⇒ larger than simple molecules, but small enough to remain in suspension and not settle out

Homogeneous mixture: solution, particle size <1 nm
Heterogeneous mixture: suspension, particle size > 100 nm