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- Cet article porte sur la force des forces intermoléculaires.
- Tout d'abord, nous définirons les forces intermoléculaires et nous examinerons la force des forces intermoléculaires dans les solides, les liquides et les gaz.
- Ensuite, nous nous pencherons sur certaines propriétés qui influent sur l'intensité des forces intermoléculaires.
- Enfin, nous examinerons les forces intermoléculaires présentes dans l'acétone.
Force des forces intermoléculaires dans les solides, les liquides et les gaz
Lesforces intermoléculaires sont des forces attractives qui maintiennent les molécules voisines ensemble. Les forces intermoléculaires affectent les propriétés physiques des molécules.
Lesforces intermoléculaires sont appelées forces d'attraction entre les particules d'une substance.
Il existe quatre types de forces intermoléculaires que tu dois connaître, car tu les verras très probablement dans ton examen d'AP !
- Forces ion-dipôle : forces d'attraction qui se produisent entre un ion et une molécule polaire (dipôle).
- Liaison hydrogène : forces d'attraction entre un atome d'hydrogène lié de façon covalente à un atome très électronégatif (F, N ou O) et le F, N ou O d'une autre molécule.
- Forces dipôle-dipôle: forces d'attraction qui se produisent entre l'extrémité positive d'une molécule polaire et l'extrémité négative d'une autre molécule polaire. Dans les forces dipôle-dipôle, plus le moment dipolaire est grand, plus la force est importante.
- Forces de dispersion de London: forces attractives faibles présentes dans toutes les molécules. C'est également la seule force intermoléculaire présente dans les molécules non polaires. La force de dispersion de Londres dépend de la taille et de la surface. Les molécules plus lourdes (poids moléculaire plus élevé) et les molécules ayant une surface plus grande ont des forces de dispersion de Londres plus élevées.
Si tu as besoin de te rafraîchir la mémoire sur les caractéristiques des forces intermoléculaires, y compris la polarité des liaisons, consulte la rubrique"Types de forces intermoléculaires" !
L'intensité relative de ces forces intermoléculaires est indiquée ci-dessous.
Fig. 1 : Force relative des forces intermoléculaires, Isadora Santos - StudySmarter Originals.
L'état de la matière d'une substance dépend à la fois de la force des forces intermoléculaires et de la quantité d'énergie cinétique de la substance. En général, les forces intermoléculaires diminuent lorsque tu passes des solides aux liquides et aux gaz. Ainsi, les solides ont de fortes forces intermoléculaires qui maintiennent les particules en place. Les liquides ont des forces intermédiaires qui sont capables de maintenir les particules proches tout en leur permettant de se déplacer. Les gaz ont la plus petite quantité de forces intermoléculaires présentes et ces forces sont dites négligeables.
Tu peux en savoir plus sur lespropriétés des gaz en lisant "Gaz".
Effets des forces intermoléculaires sur les propriétés physiques
Des forces intermoléculaires plus élevées se traduisent par :
- une plus grande viscosité
- Une plus grande tension superficielle
- Une plus grande solubilité
- Un point de fusion plus élevé
- Point d'ébullition plus élevé
- Pression de vapeur plus faible
Parlons d'abord de la viscosité. La viscosité est une propriété des liquides qui mesure la résistance d'un liquide à l'écoulement. Les liquides considérés comme polaires ou capables de former des liaisons hydrogène ont une viscosité plus élevée.Plus la force intermoléculaire est forte, plus laviscosité d'un liquide est élevée . Ainsi, les liquides possédant de fortes forces intermoléculaires sont dits très visqueux.
Laviscosité est la résistance d'un liquide à l'écoulement.
Imagine qu'un liquide très visqueux s'écoule comme du miel et qu'un liquide à peine visqueux s'écoule comme de l'eau.
Par exemple, réfléchis à la structure de l'eau et du glycérol. Le glycérol possède trois groupes OH- capables de se lier par l'hydrogène, alors que l'eau ne possède qu'un seul groupe OH- capable de se lier par l'hydrogène. On peut donc dire que le glycérol a une viscosité plus élevée, et aussi une force intermoléculaire plus forte.
Fig. 3 : Les structures du glycérol et de l'eau, Isadora Santos - StudySmarter Originals.
Ensuite, nous avons la tension superficielle. Cette propriété peut être facilement comprise si l'on pense aux molécules d'eau. La liaison hydrogène est présente entre les molécules d'eau voisines, et cette force exerce une force vers le bas à la surface du liquide, ce qui provoque une tension superficielle. Plus la force intermoléculaire est forte, plus la tension superficielle des liquides est élevée.
Latension superf icielle désigne la quantité d'énergie nécessaire pour augmenter la surface des liquides.
Résolvons un exemple !
Pourquoi le 1-butanol a-t-il une tension superficielle plus élevée que l'éther diéthylique ?
Le 1-butanol contient des liaisons hydrogène, des forces dipôle-dipôle et des forces de dispersion de London, alors que l'éther diéthylique possède des forces dipôle-dipôle et des forces de dispersion de London. Nous avons vu précédemment que la liaison hydrogène est plus forte que les forces dipôle-dipôle et de dispersion de Londres. C'est donc la présence de liaisons hydrogène qui donne au 1-butanol une tension superficielle plus élevée, et donc une force intermoléculaire plus forte, que celle de l'éther diéthylique.
Fig. 4 : Structures du 1-butanol et de l'éther diéthylique, Isadora Santos - StudySmarter Originals.
Si tu as besoin de te rappeler comment trouver les types de forces intermoléculaires présentes dans une molécule, jette un coup d'œil à"Forces intermoléculaires" !
La solubilité est une autre propriété qui est affectée par la force des forces intermoléculaires. La solubilité des solides est fortement influencée par la température. Ainsi, si la température augmente, la solubilité des solides augmente également. La solubilité des gaz dans l'eau est l'inverse. Elle diminue avec l'augmentation de la température.
Lasolubilité est une mesure de la quantité de soluté capable de se dissoudre dans une quantité donnée de solvant.
Lorsqu'il s'agit de relier la solubilité aux forces intermoléculaires, on peut dire que La force intermoléculaire entre le solvant et le soluté augmentant, la solubilité augmente également !
Prenons un exemple !
En observant les structures suivantes, laquelle d'entre elles a la plus grande solubilité dans l'eau ?
Fig. 5 : Structures de différents composés, Isadora Santos - StudySmarter Originals.
La clé pour résoudre ce problème est de savoir que plus les forces intermoléculaires entre le solvant et le soluté sont fortes, plus la solubilité est élevée !
La substance dont la force intermoléculaire entre le soluté et le solvant est la plus forte sera la plus soluble dans l'eau ! Dans ce cas, le composé C aura la force intermoléculaire la plus forte (liaisons hydrogène) et aura donc aussi la solubilité la plus élevée dans l'eau !
- A est non polaire et ne possède donc que des forces de dispersion de Londres.
- B est polaire et possède donc des forces dipôle-dipôle et des forces de dispersion de London. Cependant, la liaison hydrogène est plus forte que les interactions dipôle-dipôle.
Effet des forces intermoléculaires sur le point de fusion
Le point de fusion des substances dépend de l'intensité des forces intermoléculaires présentes entre les molécules. La relation générale entre la FMI et le point de fusion est la suivante : plus la force intermoléculaire est forte, plus le point de fusion est élevé .
Par exemple, un composé non polaire tel que Br2qui n'a que des forces de dispersion de Londres a tendance à avoir un point de fusion bas parce que seule une très petite quantité d'énergie est nécessaire pour briser ses molécules. En revanche, une grande quantité d'énergie est nécessaire pour faire fondre un composé contenant des forces ion-dipôle, car ces forces sont très fortes.
La force des forces de dispersion de Londres est également influencée par le poids de la substance. Onpeut s'en rendre compte en comparantBr2 etF2. Br2 a une masse molaire supérieure à celle deF2.Br2 aura donc unpoint de fusion plus élevé et une force de dispersion de Londres plus forte que celle deF2.
À température ambiante, Cl2est un gaz, Br2 est un liquide et I2 est solide. Tu pourras en savoir plus en lisant"Solides, liquides et gaz" !
Force des forces intermoléculaires et point d'ébullition
Lorsque les molécules passent de la phase liquide à la phase gazeuse, la température à laquelle cela se produit est appelée point d'ébullition. La règle générale concernant la force intermoléculaire et le point d'ébullition est que plus la force intermoléculaire présente est forte, plus la quantité d'énergie nécessaire pour la briser est importante, donc plus le point d'ébullition sera élevé.
Prenons un exemple !
Lequel des alcanes suivants aura le point d'ébullition le plus élevé ?
Structures du méthane, du propane et du butane - StudySmarter Originals.
Ces alcanes étant non polaires, la seule force intermoléculaire présente sur eux est la force de dispersion de Londres. N'oublie pas que, lorsqu'il s'agit de molécules non polaires et de forces de dispersion de Londres, plus la surface d'une molécule est grande, plus la force intermoléculaire est forte.
Dans le cas présent, la molécule la plus grande est le butane. Le butane aura donc la FMI la plus forte et, par conséquent, le point d'ébullition le plus élevé !
C'est en fait vrai si tu compares leurs points d'ébullition réels !
- Le méthane a un point d'ébullition de : 161.48 °C
- Le propane a un point d'ébullition de 42.1 °C
- Le butane a un point d'ébullition de 0.5 °C
Si tu veux te rafraîchir la mémoire sur la façon de déterminer les forces intermoléculaires présentes dans les molécules, consulte la rubrique"Forces intermoléculaires" !
Jusqu'à présent, nous avons appris que l'augmentation du point de fusion, de la tension superficielle, de la viscosité, du point d'ébullition et de la solubilité entraîne une augmentation de la force des forces d'attraction intermoléculaires. Mais savais-tu que des forces intermoléculaires plus élevées entraînent des pressions de vapeur plus faibles ?
La pression devapeur se produit lorsque les molécules de liquide ont suffisamment d'énergie cinétique pour échapper aux forces intermoléculaires et se transformer en gaz à l'intérieur d'un récipient fermé. La pression de vapeur est inversement proportionnelle à la force des forces intermoléculaires. Ainsi, les molécules ayant des forces intermoléculaires importantes ont une faible pression de vapeur !
Prenons un exemple !
Lequel des éléments suivants devrait avoir la pression de vapeur la plus basse ? CH3OHvs. CH3SH
Remarque la liaison OH dansCH3OH. Cela signifie qu'il a la capacité de former une liaison hydrogène avec les molécules voisines contenant des atomes N, O ou F. Ainsi, CH3OHa une force intermoléculaire plus forte queCH3SH.
Comme lapression de vapeurest inversement proportionnelle à la force des forces intermoléculaires, on peut dire que la substance ayant la force intermoléculaire la plus forte aura la pression de vapeur la plus faible. La réponse est donc CH3OH.
Force des forces intermoléculaires sur l'acétone
Une question courante que tu pourrais rencontrer lors de ton examen ou en étudiant la chimie AP est d'analyser la force des forces intermoléculaires sur l'acétone, C3H6O. Tu as probablement déjà vu de l'acétone puisque l'acétone (également connue sous le nom de propanone ou de cétone diméthylique) est un composé organique largement utilisé pour enlever le vernis à ongles et la peinture !
Fig. 7 : Structure de l'acétone, Isadora Santos - StudySmarter Originals
L'acétone est une molécule polaire, elle contient donc des moments dipolaires qui ne s'annulent pas en raison de la symétrie. Dans les molécules polaires, les forces intermoléculaires présentes sont les forces dipôle-dipôle et les forces de dispersion de London (rappelle-toi que les forces de dispersion de London sont présentes dans toutes les molécules !) Ainsi, le type d'interaction intermoléculaire le plus fort présent dans l'acétone est la force dipôle-dipôle.
Lis"Dipoles" pour en savoir plus sur la polarité des liaisons et les moments dipolaires !
Déterminer la force des forces intermoléculaires
Dans les examens de chimie de l'AP, tu peux rencontrer différents problèmes te demandant de déterminer le type de force intermoléculaire le plus élevé présent dans une molécule.
Pour pouvoir déterminer les forces intermoléculaires présentes dans une molécule, nous pouvons utiliser les règles suivantes :
- Lesforces ion-dipôle ne seront présentes que si un ion et une molécule dipolaire sont présents.
- Laliaison hydrogène ne sera présente que si : aucun ion n'est présent, les molécules impliquées sont polaires et les atomes d'hydrogène sont liés à l'azote (N), à l'oxygène (O) ou au fluor (F).
- Lesforces dipôle-dipôle ne sont présentes que si aucun ion n'est présent et que les molécules impliquées sont polaires. De plus, si des atomes d'hydrogène sont présents, ils ne seront pas liés à N, O ou F.
- Lesforces de dispersion de Londres sont présentes dans toutes les molécules. Mais la FDL est la seule force intermoléculaire présente dans les molécules non polaires et non polarisables.
Quelle est la force intermoléculaire la plus forte présente dans l'ammoniac (NH3) ?
Tout d'abord, nous devons dessiner la structure du NH3. Pour cela, examinons l'interaction entre deuxmolécules de NH3.
Fig. 8 : Interaction entre les molécules d'ammoniac - StudySmarter Originals.
Ensuite, nous devons nous poser les questions suivantes :
- Des ions sont-ils présents ? Non
- Les molécules impliquées sont-elles polaires ou non polaires ? Polaires
- Y a-t-il des atomes H liés à l'azote (N), à l'oxygène (O) ou au fluor (F) ? Oui!
NH3 possède donc des forces de dispersion de Londres, des forces dipôle-dipôle et également des liaisons hydrogène. Comme la liaison hydrogène est plus forte que les forces de dispersion de Londres et les forces dipôle-dipôle, nous pouvons dire que la force intermoléculaire la plus élevée présente dans le NH3 est la liaison hydrogène.
J'espère maintenant que tu te sens plus confiant quant aux facteurs qui augmentent et diminuent la force des forces intermoléculaires ! Et si tu as encore du mal à comprendre les bases des forces intermoléculaires, tu devrais absolument jeter un coup d'œil à"Forces intermoléculaires" et"Dipôles".
Force des forces intermoléculaires - Principaux points à retenir
- Lesforces intermoléculaires sont des forces attractives qui maintiennent les molécules voisines ensemble. Les forces intermoléculaires affectent les propriétés physiques des molécules.
- La force des forces intermoléculaires attractives augmente avec le point de fusion, le point d'ébullition, la viscosité, la solubilité et la tension superficielle.
- La force des forces intermoléculaires diminue avec l'augmentation de la pression de vapeur.
Références :
Hill, J. C., Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., & Stoltzfus, M. (2015). Chemistry : La science centrale, 13e édition. Boston : Pearson.
Timberlake, K. C., & Orgill, M. (2020). Chimie générale, organique et biologique : Structures Of Life. Upper Saddle River : Pearson.
Malone, L. J., Dolter, T. O., & Gentemann, S. (2013). Concepts de base de la chimie (8e éd.). Hoboken, NJ : John Wiley & Sons.
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