4. Cohésion des solides

 

           Nous allons étudier ici les conditions de formation d’un solide, et les changements d’états qui peuvent s’opérer dans certaines conditions.

 

A– Le solide ionique.

 

1. Structure

         Quelques noms usuels d’ions :

Na+

Cation sodium

HO¯

Anion hydroxyde

K+

Cation potassium

F¯

Anion fluorure

Ag+

Cation argent

Cl¯

Anion chlorure

Ca2+

Cation calcium

Br¯

Anion bromure

Fe2+

Cation fer II

I¯

Anion iodure

Fe3+

Cation fer III

SO42¯

Anion sulfate

Cu2+

Cation cuivre II

HCO3¯

Anion hydrogénocarbonate

Zn2+

Cation zinc

CO32¯

Anion carbonate

Al3+

Cation aluminium

NO3¯

Anion nitrate

NH4+

Cation ammonium

PO43-

Anion phosphate

 

                           Définition

Zone de Texte: Un solide ionique (ou cristal ionique) est constitué d’un empilement compact régulier de cations et d’anions en nombres tels que le cristal est globalement électriquement neutre.

Remarques :

· il existe plusieurs types d’empilements, et donc de cristaux, en fonction des espèces chimiques associées.

· Même s’il contient des ions, le solide ionique n’est pas conducteur électrique, car ces porteurs de charges ne sont pas mobiles.

 

 

                           Nom et formule du solide ionique

           La formule chimique du solide ionique, appelée formule statistique, rend compte de la proportion de cations et d’anions qu’elle contient.

Zone de Texte: La formule d’un solide ionique comporte le nombre minimal de cations et d’anions tels que le solide soit électriquement neutre. Elle commence toujours par la formule du cation. Le nom du solide ionique commence par celui de l’anion, suivi de celui du cation. On intercale le déterminant « de » entre les deux.

 

Exemple : Voici ci-dessous le nom et la formule de tous les solides ioniques que l’on peut former à partir des ions suivants : hydroxyde, sodium, calcium, aluminium, phosphate et carbonate.

Hydroxyde de sodium : NaOH

Hydroxyde de calcium : Ca(OH)2

Hydroxyde d’aluminium : Al(OH)3

Carbonate de sodium : Na2CO3

Carbonate de calcium : CaCO3

Carbonate d’aluminium : Al2(CO3)3

Phosphate de sodium : Na3PO4

Phosphate de calcium : Ca3(PO4)2

Phosphate d’aluminium : AlPO4

 

 

2. Cohésion du solide ionique

 

                           Exemple du chlorure de sodium NaCl

           Le sel de cuisine est constitué de NaCl solide. Sa structure est organisée (on parle de solide cristallisé) ; elle a pu être déterminée au début du XXème siècle grâce aux rayons X. L’empilement régulier d’ions Na+ et Cl- peut être représenté ci-dessous, par un modèle compact (1) ou éclaté (2) :

 

                              (1)                                                                                                                     (2)

 

Remarque : C’est l’attraction électrostatique entre les ions Na+ et Cl– qui est responsable de la cohésion de ce solide cristallisé. Elle est plus intense que la répulsion électrostatique entre les cations ou entre les anions.

 

 

                           Cas général

Zone de Texte: La cohésion du solide ionique est assurée par des liaisons ioniques entre un ion et les ions les plus proches de signe opposé

 

           Les forces mises en œuvre sont des forces d’interaction électrostatique : elles suivent la loi de Coulomb :

Où A est un cation de charge qA et B un anion de charge qB, séparés par une distance r.