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TP doc. 3 : Pourquoi le sel fond à 800 °C et l’eau à 0°C ?
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Document n°1
Structure et température de changement d’état de quelques espèces chimiques (sous la pression de 1
bar)
Etats de la matière à l’échelle microscopique :
http://www.harcourtschool.com/activity/states_of_matter/
Document n°2
Les atomes ou molécules qui constituent la matière sont animés d’un mouvement incessant et ce quel
que soit l’état gazeux, liquide ou solide dans lequel elle se trouve. Ce mouvement est d’autant plus
important que la température est élevée. On appelle ceci l’agitation thermique.
L’état physique d’une matière est le résultat
d’un bras de fer entre l’agitation thermique
et les forces de cohésions.
Les températures de changement d’état
sont donc une mesure indirecte des valeurs
des forces de cohésion (ou interactions)
entre les molécules ou les ions dans un
solide. Plus ces températures de
changement d’état sont élevées, plus les
valeurs des forces de cohésion (interactions)
sont grandes.
Document n°3
Les liaisons intermoléculaires
Figure 1 : J.D. Van
der Waals
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1. Rappeler la définition de la température de fusion (θfus) et de la température d’ébullition (θeb) d’un corps
2.
3.
4.
5.
6.
pur.
Indiquer pour chaque espèce du document 1 si c’est une espèce ionique ou moléculaire. Quelles espèces ont
les températures de changement d’état les plus élevées ?
Citer le nom de l’interaction (voir cours 1 si besoin) responsable de la cohésion des solides ioniques et
moléculaires. Précisez le nom particulier de cette interaction dans le cas des espèces moléculaires et dans le
cas des espèces ioniques (capsule n°19).
Regarder l’animation du document 2. Recopier et compléter la phrase :
La température est une ............................... de l’agitation.
A l’état solide, ..................................... des molécules est faible et la cohésion est forte. Pour faire passer une
espèce de l’état solide à l’état liquide, il faut lui fournir de l’énergie afin d’augmenter
............................................ pour que les ................................... entre les molécules ou les ions se rompent.
En déduire si les interactions de Van der Waals sont plus intenses que les interactions de Coulomb d’après la
question 2. Justifier.
Répondre à la question de TP en faisant une phrase utilisant les termes scientifiques corrects.
Document n°4
Températures de fusion et ébullition de quelques molécules de dihalogènes :
F2
Cl2
Br2
θf (°C)
-220
-102,4
-7,3
θeb (°C)
-188
-34
58,8
I2
113,7
184,5
At2
302
334
Etat physique à 20°C
Représentation de Lewis
Colonne et ligne dans le
tableau des éléments
de l’atome constituant la
molécule
2ème ligne
7ème
colonne
3ème ligne
7ème
colonne
4ème ligne
7ème
colonne
5ème ligne
7ème
colonne
6ème ligne
7ème
colonne
Document n°5
Nuage électronique et attractions instantanées :
Un atome possède un minuscule noyau central chargé positivement, entouré d'un nuage d'électrons chargé
négativement. Ce nuage n'est pas figé dans le temps : au contraire, il est comme un brouillard mouvant, épais à un
endroit donné à un instant et léger au même endroit l'instant suivant. Là où brièvement le nuage s'éclaircit, la charge
positive du noyau arrive à percer. Là où brièvement le nuage s'épaissit, la charge négative des électrons surpasse la
charge positive du noyau.
Lorsque deux molécules sont proches, les charges résultant des fluctuations du nuage électronique interagissent ; la
charge positive du noyau qui pointe par endroit est attirée par la charge négative partiellement accumulée dans la partie
dense du nuage électronique. De ce fait deux molécules adhèrent.
Toutes les molécules (en particulier les non polaires) interagissent de cette façon, toutefois l'interaction est plus grande
entre les molécules contenant des atomes possédant beaucoup d'électrons comme le chlore et le soufre.
« Le parfum de la fraise », Peter Atkins, Dunod »
Animation : http://www.wisc-online.com/objects/ViewObject.aspx?ID=GCH6804
(cliquez sur Next pour aller jusqu’au « London forces » puis s’arrêter à « hydrogen bonding »)
7. Compléter les données du tableau du document 4.
8. D'après les températures d’ébullition du document 4, les molécules Br2 sont-elles plus ou moins liées entre
elles que les molécules I2 ou Cl2 ? Justifier.
9. D'après la dernière ligne du tableau du document 4, les molécules Br2 ont-elles un nuage électronique
(c’est-à-dire le nombre d’électrons de la molécule) plus ou moins grand que les molécules I2 ou Cl2 ? Emettre
alors une hypothèse pour expliquer la réponse à la question 8.
10. La molécule de dibrome Br2 est-elle polaire ou apolaire ?
11. Sur le schéma ci-contre de la molécule Br2 , la partie grisée représente le nuage
électronique. Schématiser sur votre feuille, 2 molécules de dibrome et faire
apparaitre en pointillés l’interaction entre les 2 molécules (en vous aidant de l’animation du document 5) à
un instant t. Légender votre schéma et expliquer
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Correction
1. Température de fusion : température de changement d’état de solide à liquide
Température d’ébullition : température de changement d’état de liquide à gaz
2. Le dichlore et l’eau sont des espèces moléculaires, le chlorure de césium et le chlorure de sodium sont des
espèces ioniques. Les espèces ioniques ont des températures de changement d’état beaucoup plus élevées.
3. L’interaction électromagnétique entre molécules s’appelle l’interaction de Van der Waals et entre ions c’est
l’interaction de Coulomb.
4. La température est une mesure de l’agitation.
A l’état solide, l’agitation des molécules est faible et la cohésion est forte. Pour faire passer une espèce de
l’état solide à l’état liquide, il faut lui fournir de l’énergie afin d’augmenter son agitation pour que les
interactions entre les molécules ou les ions se rompent.
5. Les températures de changement d’état des solides ioniques étant plus élevées que celles des espèces
moléculaires, il faut donc fournir plus d’énergie pour rompre les interactions. Ce sont donc les interactions
de Coulomb les plus intenses.
6. Le sel fond à une température très élevée car les interactions de Coulomb entre ions sodium et ions chlorure
sont beaucoup plus intenses que les interactions de Van de Waals entre molécules d’eau.
7. Tableau
Tf (°C)
Teb (°C)
Etat physique à 20°C
F2
-220
-188
gaz
Cl2
-102,4
-34
gaz
Br2
-7,3
58,8
liquide
I2
113,7
184,5
solide
At2
302
334
solide
Représentation de Lewis
Colonne et ligne dans le tableau des
éléments
de l’atome constituant la molécule
Colonne Colonne Colonne
17
17
17
Ligne 2 Ligne 3
Ligne 4
Colonne Colonne
17
17
Ligne 5 Ligne 6
8. Les molécules de Br2 sont moins liées entre elles que les molécules de I2 mais plus liées que celle de Cl2 car
Br2 est un liquide et Cl2 un gaz et I2 un solide.
9. Les molécules de Br2 ont un nuage électronique plus grand que Cl2 mais plus petit que I2. On peut donc
émettre l’hypothèse que plus le nuage électronique est important et plus les molécules sont liées.
10. Le dibrome est une molécule apolaire car constituée de 2 atomes identiques la liaison est non polarisée.
11. Schéma :
Ce schéma n’est valable qu’à un instant t. La molécule est apolaire mais possède un pole plus et un pole
moins à un instant t car le nuage électronique est en mouvement permanent.
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http://www.educationscotland.gov.uk/highersciences/chemistry/animations/intermolecularforces.asp
https://sites.google.com/site/nanoschoolcime/etape-1-d-1