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1 re générale - enseignement de spécialité • Constitution et transformation de la matière

DOSSIER 6

DISSOLUTION DES ESPÈCES CHIMIQUES ET DÉVELOPPEMENT DURABLE 1 re générale - enseignement de spécialité • Constitution et transformation de la matière

DISSOLUTION DES ESPÈCES CHIMIQUES

ET DÉVELOPPEMENT DURABLE

DOSSIER

6 1 ObjectifRelier la structure d'une espèce chimique à quelques-unes de ses propriétés physiques. 1

ère

générale - enseignement de spécialitéConstitution et transformation de la matière

Thème 2

• De la structure des entités aux propriétés physiques de la matière.

Partie B

• De la structure des entités à la cohésion et à la solubilité/miscibilité d'espèces chimiques. Notions et contenusCohésion dans un solide.Interactions, polarité.

Dissolution des solides ioniques dans l'eau.

Équation de réaction de dissolution.

Solubilité, miscibilité, extraction par solvant.

Compétences mobilisées

Restitution de connaissances RCO

S'approprier APP

Analyser / Raisonner ANA/RAI

Réaliser REA

Valider VAL

Communiquer COM

© Nathan

LE DIIODE DANS TOUS SES ÉTATS

Les propriétés chimiques et physiques des substances dépendent de la structure des ions ou des molécules qui les constituent. Il est donc important d'étudier les espèces chimiques au niveau microscopique pour mieux comprendre comment celles-ci interagissent avec leur environnement.

Rebecca Guélin

Cristaux de diiode obtenus

par condensation.Sublimation du diiode.Passage du diiode de la phase aqueuse à la phase organique. 2

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DISSOLUTION DES ESPÈCES CHIMIQUES ET DÉVELOPPEMENT DURABLE Document 1: Électronégativité - liaison polaire - molécu le polaire Les atomes présentent une plus ou moins grande capacité à attirer vers eux le dou blet électronique qui les lie à un autre atome. L"

électronégativité

d"un atome tra duit cette aptitude. Les halogènes, l"oxygène et l"azote sont parmi les atomes les plus

électronégatifs.

La diérence d"électronégativité entre deux atomes entraîne l"apparition de charges partielles La liaison est alors polarisée Lorsque les positions moyennes des charges partielles positives et négatives ne sont pas confondues, la molécule est polaire Dans le cas contraire, la molécule est apolaire. Partie A: Étude de la polarité d"une espèce chimique. Lorsqu'une liaison covalente se forme entre deux atomes, la répartition des électrons mis en commun n'est pas toujours symétrique : bien qu'une molécule soit neutre, les atomes ne présentent pas toujours la même densité électronique.

1 ANA/RAI En tenant compte de la géométrie des molécules représentées

ci-dessous, repérer et entourer celles qui sont polaires : 3

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DISSOLUTION DES ESPÈCES CHIMIQUES ET DÉVELOPPEMENT DURABLE

2 APP Citer la nature des interactions responsables de la cohésion

des solides ioniques.

3 ANA/RAI Expliquer l"absence de liaison covalente entre les ions contenus

dans les solides ioniques. Partie B: Comment relier la solubilité et les températures de changement d'état d'une espèce chimique à sa structure Peut-on prévoir la nature du solvant le plus approprié ? Comment interpréter les différences parfois très importantes des températures de changement d"état ? Pour mieux comprendre, nous étudierons les interactions responsables de la cohésion de la matière, dans les cas des solides ioniques et des solutés moléculaires.

Document 2 : Cohésion dans un solide ionique

Les composés ioniques cristallisent souvent dans le système cubique. Dans ces com

posés dont les éléments présentent une grande di érence d'électronégativité, c'est

l'attraction électrostatique cation-anion qui assure la cohésion du cristal. Dans le chlorure de sodium NaCl, les ions Cl forment une structure cubique à faces cen trées. On peut décrire plus simplement cette structure comme une alternance d'ions Na et Cl selon les directions des arêtes a, b et c. Les liaisons ioniques sont fortesfi: il faut plusieurs centaines de kJ/mol pour les rompre. La distance entre deux ions voi sins est de l'ordre de quelques centaines de picomètres.

D'après

Des symétries aux propriétésfi: 1. Le système cubique

Structure de NaClCristal de NaCl

4

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DISSOLUTION DES ESPÈCES CHIMIQUES ET DÉVELOPPEMENT DURABLE Document 4: Cohésion dans les solides moléculaires Les cristaux moléculaires sont des empilements de molécules aisément identiables et liées entre elles le plus souvent par des interactions faibles (interaction de van der

Waals, liaison (ou pont) hydrogène).

D"après

Cristal

? Oh, chimie

4 APP Le uorure de calcium CaF

2 est un solide ionique. Écrire l'équation de la réaction de dissolution de ce sel dans l'eau.

5 ANA/RAI Expliquer le phénomène de dissolution d'un solide ionique dans

l'eau en termes d'interactions.

6 Les molécules d'eau solvatent les ions sodium en s'orientant

selon le schéma suivant : APP En vous appuyant sur la polarité des liaisons O-H de la molécule d'eau, faire un schéma de la solvatation des ions chlorure par l'eau. Document 3: Que se passe-t-il pendant la dissolution du solide ioniq ue Lorsque le soluté ionique est introduit dans l"eau, les molécules d"eau s"orientent de façon à entourer les ions qui se dissocient peu à peu:

NaCl(s) = Na

(aq) + Cl (aq) 5

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7 ANA/RAI En vous appuyant sur les Documents 1 à 5, cocher les bonnes cases

du tableau.

8 ANA/RAI Interpréter de façon qualitative les valeurs des températures de fusion

de ces solides.

Document 5 : Interactions entre les molécules

Interactions de van der Waals

Les interactions de Van der Waals s'établissent entre les atomes et les molécules. Elles sont dues aux interactions électriques de faible intensité, encore appelées forces de van der Waals. Elles sont d'autant plus importantes que les molécules sont volumi neuses. Mises en évidence par le prix Nobel de Physique en 1910, Johannes Diderik van der Waals, ces interactions attractives se manifestent à courte distance et sont de faible intensité: l'énergie correspondante est de 1 à 10 kJ mol -1 , 10 à 100 fois plus faible que les liaisons covalentes. Les efiets de cette interaction se font sentir à des distances de l'ordre du nanomètre.

Liaison (ou pont) hydrogène

Un pont hydrogène est une liaison non covalente, de nature électrostatique, qui relie deux molécules en impliquant un atome électronégatif d'une part et un atome d'hydrogène lui-même relié à un autre atome électronégatif, d'autre part. Cette interaction attractive peut présenter une intensité environ vingt fois plus faible que la liaison covalente et dix fois plus forte que les interactions de van der Waals. La lon

D'après

Hydrates de gaz et hydrogène : ressources de la mer du futur ressources-de-la-mer-du-futur 6

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DISSOLUTION DES ESPÈCES CHIMIQUES ET DÉVELOPPEMENT DURABLE Document 6: Dissolution d"un soluté moléculaire Un soluté est d"autant plus soluble dans un solvant que son anité avec le solvant est importante. Les interactions entre les molécules de soluté et de solvant sont des interactions de van der Waals et parfois des ponts hydrogène. Un solide ou un liquide moléculaire est plus soluble dans un solvant polaire s"il est polaire. Un solide ou un liquide moléculaire est plus soluble dans un solvant apolaire s"il est apolaire. Les solides ioniques présentent une grande solubilité dans les solvants polaires.

9 ANA/RAI En vous appuyant sur les vidéos correspondant aux liens ci-dessus,

expliquer : - pourquoi la glace fond au contact de sel - pourquoi la température de la glace à laquelle on ajoute du sel diminue 10 ANA/RAI Prévoir la solubilité (totale, partielle ou très faible) des solutés dans les solvants associés, argumenter et citer les principales liais ons intermoléculaires le cas échéant.

éthanoleau

propanonediéthyloxyde chlorure de calciumcyclohexane ammoniacéthanol pentan-1-oleau diiodecyclohexane L"ajout de sel peut faire fondre la glace, tout en diminuant sa température

Pour aller

plus loin 7

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Document 7: Dissolution du CO

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