Les propriétés physiques de la matière

Les propriétés physiques de la matière

Qu’allons-nous apprendre ?1. Enquête-Le taux d’évaporation de 3 liquides volatils2. Les changements de phases et la variation d’enthalpie3. La pression de vapeur et le point d’ébullition normale et

à haut altitude4. Les diagrammes de phases5. Les diagrammes de changement d’état6. L’électronégativité7. Les forces intermoléculaires8. Les schémas de Lewis pour les composés covalents9. La polarité et le moment de dipôle d’un composé

covalentLes questions verbaux sont disponible au lien https://smailpembinatrails-my.sharepoint.com/:w:/g/personal/adeakin_pembinatrails_ca/ERV-6WhKm1JFgbURSSLZQ2ABvOAG_WPK5s58eyNhASWasg?e=aPK5qK

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Chimie 30S et avancée : Les propriétés physiques Le taux d’évaporation de 3 liquides volatils

Préambule

L’évaporation est un changement de phase d’un état liquide à un état gazeux après que les

molécules ont absorbé un certain montant d’énergie thermique. Ce phénomène est un

exemple d’une transformation endothermique et est représenté avec une variation d’enthalpie,

symbole H, positive. De plus, les forces intermoléculaires qui gardent les molécules « collées »

ensemble—semblables aux liaisons chimiques entre deux atomes—brisent, libérant les

molécules de gaz individuelles.

Les forces intermoléculaires représentent un concept important, car elles sont impliquées dans

plusieurs propriétés physiques des composés chimiques. Par exemple, les températures où il y a

un changement de phase, la polarité des molécules et leur pression de vapeur. Il existe une

relation directe entre la pression de vapeur d’un composé et son taux d’évaporation. Le but de

cette enquête est de découvrir la relation entre le taux d’évaporation, la température

d’ébullition et les forces intermoléculaires d’une substance à partir de 3 liquides volatils.

Objectif

• Générer un graphique qui démontre la variation de température (l’axe des y) par

rapport au temps (l’axe des x) pour trois liquides volatils et calculer le taux

d’évaporation pour chacun.

• Répondez aux questions de suivi pour découvrir la relation entre le taux d’évaporation,

la température d’ébullition et les forces intermoléculaires.

Protocole

1. Ouvrez le fichier Google au lien suivant et le sauvegarder dans votre compte Google. Sinon,

il n’est pas possible de modifier le fichier.

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1TqAid4Dch2te_ZJTK1OuuDlzzHoUyZAOoz0giuVg

ouA/edit?usp=sharing

2. Sélectionnez les cellules de A:3 à D:121 en tenant la touche Shift. L’écran suivant devrait

apparaître.

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1TqAid4Dch2te_ZJTK1OuuDlzzHoUyZAOoz0giuVgouA/edit?usp=sharing

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1TqAid4Dch2te_ZJTK1OuuDlzzHoUyZAOoz0giuVgouA/edit?usp=sharing


3. Insérez un graphique en sélectionnant Insert, ensuite choisissez Chart. Dans Chart Editor

choisissez l’option Chart type et sélectionnez le graphique Scatter. Un graphique sera créé.

4. Changez l’emplacement du graphique en sélectionnant l’option Move to own sheet dans

l’espace en haut à droite dans la fenêtre du graphique.

5. Ajustez les paramètres de votre graphique en choisissant Edit chart dans le ruban d’options.

6. Tous les critères d’un bon graphique peuvent être inclus à partir du Chart editor

commençant avec Chart & axis titles.


7. Explorez les autres options pour créer votre graphique final. Incluez une copie de votre

graphique avec votre soumission de cette activité complétée.

Calculs

1. Pour chaque graphique, calculez la pente d’une ligne tracée du point où la température

commence à changer jusqu’au premier point ou la température atteint son niveau le plus

bas. Un exemple est fourni à partir du graphique du Taux d’évaporation d’isopropanol ci-

dessous.

Tableau de données

Écrivez le taux d’évaporation (la pente) pour chacune des trois substances moléculaires dans le

tableau suivant.

Substance Formule Température

d’ébullition (°C) Taux d’évaporation (°C/s)

Acétone (CH3)2CO 56

Éthanol C2H5OH 78

Isopropanol (CH3)2CHOH 83 (13,1°𝐶 − 16,1°𝐶)

(53𝑠 − 26𝑠)=−3°𝐶

27𝑠= −0,11

Méthanol CH3OH 65

PENTE ∆𝑇𝑒𝑚𝑝é𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑒

∆𝑡𝑒𝑚𝑝𝑠

=(𝑇2 − 𝑇1)

(𝑡2 − 𝑡1)

=(13,1°𝐶 − 16,1°𝐶)

(53𝑠 − 26𝑠)

= −0,11°𝐶

𝑠

(t1, T1) = (26s, 16,1°C)

(t2, T2) = (53s, 13,1°C)


Questions de suivi

1. Ordonnez les températures d’ébullition en ordre croissant et écrivez la valeur absolue du

taux d’évaporation en dessous de chacune. Expliquez la relation entre ce nombre et le point

d’ébullition.

2. En considérant l’énoncé suivant, placez les substances en ordre croissant selon leurs forces

intermoléculaires : « le plus fort les forces intermoléculaires, le plus élevé la température

d’ébullition. »

3. Expliquez la relation entre les forces intermoléculaires et le taux d’évaporation.

2. Les changements de phases & la variation d’enthalpie

Par exemple, la formule de l’eau en état solide est H

2O et elle est encore H

2O dans

l’état liquide ainsi que dans l’état gazeux. Seul l’indice de phase change de (s) à (l) à (g), respectivement. De plus, chaque changement de phase doit soit absorber ou lâcher de l’énergie thermique, qui s’appelle la variation d’enthalpie, symbol ΔH. ΔH peut être soit endothermique ou exothermique. Dans des processus endothermiques le système absorbe de l’énergie thermique de l’environnement et nous ressentons une perte d’énergie thermique (la température baisse). Par contre, dans les processus exothermiques le système perd de l’énergie thermique à l’environnement. Nous ressentons la chaleur.

endothermique

endothermique

endothermique

endothermique

exothermique

exothermique

exothermique

exothermique

Une phase est l’état physique d’une substance. L’état d’une substance peut être solide, liquide, gazeux ou même plasma. La formule d’un composé ne change pas après un changement de phase.

Répondez aux questions verbaux no. 1 & 2 dans partie A

2. Les changements physiques & la variation d’enthalpieEn général, un changement physique est réversible. Par contre, le résultat d’un changement chimique est la création d’un ou plusieurs produits chimiques différents qui ont les propriétés chimiques et physiques différentes de leurs réactifs. Pour le processus physique d’évaporation, l’énergie thermique est requise, alors c’est un processus endothermique et la température de l’environnement diminue. Par contre, la dissolution-aussi un processus physique-peut être soit un processus endothermique, soit exothermique. Examinez le tableau ci-dessous pour comparer l’évaporation et la dissolution.

L’ÉVAPORATION DE 4 LIQUIDES COVALENTS VOLATILS (tous sont endothermiques)

Acétone (CH3)2CO

(l) + énergie → (CH3)2CO

(g)ΔH = positif

Éthanol C2H5OH

(l) + énergie → C2H5OH

(g)ΔH = positif

Isopropanol (CH3)2CHOH

(l) + énergie → (CH3)2CHOH

(g)ΔH = positif

Méthanol CH3OH

(l) + énergie → CH3OH

(g)ΔH = positif

LA DISSOLUTION DE 2 COMPOSÉS IONIQUES DANS L’EAU (soit exo_ ou endothermique)

Nitrate d’ammonium NH4NO

3(s) + énergie → NH

4+(aq)

+ NO3-(aq)

ΔH = positifChlorure de calcium CaCl

2(s) → Ca2+

(aq) + 2Cl-

(aq) + énergie ΔH = négatif

Répondez aux questions verbaux 1 & 2 partie B disponible au lien https://smailpembinatrails-my.sharepoint.com/:w:/g/personal/adeakin_pembinatrails_ca/ERV-6WhKm1JFgbURSSLZQ2ABvOAG_WPK5s58eyNhASWasg?e=aPK5qK



À une certaine température, n’importe quel liquide dans un contenant clos s’évapore et remplit l’espace de vapeur qui exerce une pression sur les parois. Cette pression spécifique est la pression de vapeur du liquide. Les liquides qui ont une pression de vapeur élevée sont dits volatils. La température et les forces intermoléculaires qui s’exercent entres les molécules de liquide sont responsables pour l’ampleur de la pression de vapeur, (Atkins & Jones, 1997, p.373).

3. La pression de vapeur

éther diéthylique

éthanol

eau

(mm

Hg)

Répondez à question verbaux no 11 partie B disponible au lien https://smailpembinatrails-my.sharepoint.com/:w:/g/personal/adeakin_pembinatrails_ca/ERV-6WhKm1JFgbURSSLZQ2ABvOAG_WPK5s58eyNhASWasg?e=aPK5qK




À la température où la pression de vapeur d’un liquide est égale à la pression de l’atmosphère, les forces intermoléculaires se brisent et le liquide se transforme en gaz. Ce point est le point d’ébullition. Selon le graphique ci-joint, la température d’ébullition normale (au niveau de la mer) arrive à 760 mm Hg. À cette pression, l’éther diéthylique bouille à 35°C, l’éthanol bouille à 78°C et l’eau bouille à 100°C. De plus, le point d’ébullition d’un liquide pur change avec la pression atmosphérique.

3. Le point d’ébullition normale

éther diéthylique

éthanol

eau

(mm

Hg)

Répondez aux questions verbaux de 3 à 8 partie B disponible au lien https://smailpembinatrails-my.sharepoint.com/:w:/g/personal/adeakin_pembinatrails_ca/ERV-6WhKm1JFgbURSSLZQ2ABvOAG_WPK5s58eyNhASWasg?e=aPK5qK




3. Le point d’ébullition à haut altitudeLa pression atmosphérique au niveau de la mer est de 760 mm Hg. Si la pression atmosphérique diminue de 25 mm Hg pour chaque 300 mètres d’altitude atteint au dessus du niveau de la mer, estimez le point d’ébullition de l’eau aux sommet des montagnes suivantes. Consultez la courbe de pression de vapeur pour faire correspondre la pression de vapeur à la bonne température.

Montagne Altitude (m) Montagne Altitude

Everest-NEP 8 848 m Kosciuszko-AUS 5 642 m

Aconcagua-ARG 6 962 m Vinson-CHI 4 892 m

Denali-USA 6 190 m Puncak Jaya-INA 4 884 m

Logan-CAN (YT) 5 959 m Brazeau-CAN (AB) 3 525 m

Killimandjaro-TAN 5 892 m Säntis-SUI 2 502 m

Elbrouz-RUS 5 642 m Baldy-CAN (MB) 832 m

Répondez aux questions verbaux 9 & 10 partie B disponible au lien https://smailpembinatrails-my.sharepoint.com/:w:/g/personal/adeakin_pembinatrails_ca/ERV-6WhKm1JFgbURSSLZQ2ABvOAG_WPK5s58eyNhASWasg?e=aPK5qK






4. Les diagrammes de phasesLes diagrammes de phase démontrent les conditions de pression et de température auquel existe un composé dans soit la phases solide, liquide ou gazeux. Un changement de phase arrive quand les deux états d’un composé sont en équilibre dynamique-la vitesse de conversion des deux sens est égale.

Par exemple, la fusion est représentée H2O(s)

+ énergie ⇌ H2O(l)

. Par contre, le solidification est représentée H2O(l)

⇌ H2O(s)

+ énergieRappelez-vous que les unités de pression peuvent variés de kPa, mm Hg, de bar, etc..1 bar = 1 atmosphère (atm).

Répondez aux questions verbaux 13 & 14 partie C disponible au lien https://smailpembinatrails-my.sharepoint.com/:w:/g/personal/adeakin_pembinatrails_ca/ERV-6WhKm1JFgbURSSLZQ2ABvOAG_WPK5s58eyNhASWasg?e=aPK5qK




Point triple: où les trois phases sont présentes en état d’équilibre. Pour l’eau, ce point est à 0,01°C et 0,006 bar de pression. 1 bar = 1 atm.

Point critique: la T et P au dessus laquelle la substance devient un fluide supercritique.Fluide supercritique: une substance qui exerce les propriétés physiques entre un gaz et un liquide.Ligne de changement de phase: la T et P où deux phases sont présentes en

équilibre.

4 Le diagramme de phase d’eauRépondez aux questions verbaux 13 & 14 partie C disponible au lien https://smailpembinatrails-my.sharepoint.com/:w:/g/personal/adeakin_pembinatrails_ca/ERV-6WhKm1JFgbURSSLZQ2ABvOAG_WPK5s58eyNhASWasg?e=aPK5qK




Étiquetez chaque boite avec le terme approprié:1.2.3.4.5.6.7.·solide·point triple·liquide·point critique·fluide supercritique·gaz·

état à 0°C et 1 atm·

4. Diagramme de phase pour méthane, CH4

4

5

6

7

Répondez aux questions verbaux 13 & 14 partie C disponible au lien https://smailpembinatrails-my.sharepoint.com/:w:/g/personal/adeakin_pembinatrails_ca/ERV-6WhKm1JFgbURSSLZQ2ABvOAG_WPK5s58eyNhASWasg?e=aPK5qK




Consulter le lien pour une explication du

courbe de réchauffement de

l’eau:http://www.alloprof.qc.ca/BV/pages/s1578.aspx

5. Diagramme de changement d’état de l’eau

Répondez aux questions verbaux de 15 à 17 partie D disponible au lien https://smailpembinatrails-my.sharepoint.com/:w:/g/personal/adeakin_pembinatrails_ca/ERV-6WhKm1JFgbURSSLZQ2ABvOAG_WPK5s58eyNhASWasg?e=aPK5qK

http://www.alloprof.qc.ca/BV/pages/s1578.aspx




L’eau liquide commence à bouillir

H2O

(l) est présente

H2O

(l) & H

2O

(g) sont présentes

Énergie thermique ajoutée

Tout le liquide est évaporé

le solide commence à fondre

H2O

(s) & H

2O

(l) sont présentes

Tout le solide est fondu

Répondez aux questions verbaux de 15 à 17 partie D disponible au lien https://smailpembinatrails-my.sharepoint.com/:w:/g/personal/adeakin_pembinatrails_ca/ERV-6WhKm1JFgbURSSLZQ2ABvOAG_WPK5s58eyNhASWasg?e=aPK5qK

5. Diagramme de changement d’état de l’eau

L’énergie thermique ajoutée réchauffe l’eau liquide

L’énergie thermique ajoutée réchauffe la glace

L’énergie thermique ajoutée brise les forces intermoléculaires

L’énergie thermique ajoutée affaibli les forces intermoléculaires



6. L’électronégativité-Un jeu de tir à la corde

Comment est-ce le jeu de tir à la corde compare t-il à les tendances électronégatives?

Participants Symbole Partie Classement

1. 1 vs 2

2. 1 vs 3

3. 2 vs 3

6. L’électronégativité & les tendances électronégativesUne valeur numérique décrivant la capacité relative d’un atome dans un état gazeux à attirer un doublet d’électrons dans une liaison chimique, (Bordeleau, 2008, p.834). Chaque élément a sa propre électronégativité exprimée comme nombre positif entre 0,7 et 4,0. Examinez les électronégativités dans votre tableau périodique et encerclez les tendances.

ÉLECTRONÉGATIVITÉ CROISSANTE/DÉCROISSANTE

ÉLEC

TRO

NÉG

ATIV

ITÉ

CR

OIS

SAN

TE/D

ÉCR

OIS

SAN

TE

Lien pour le tableau périodique https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c8/Tableau_périodique_des_éléments_%28détaillé%29.svg

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c8/Tableau_p%C3%A9riodique_des_%C3%A9l%C3%A9ments_%28d%C3%A9taill%C3%A9%29.svg

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c8/Tableau_p%C3%A9riodique_des_%C3%A9l%C3%A9ments_%28d%C3%A9taill%C3%A9%29.svg

6. ΔEN & le caractère des liaisons chimiques

IONIQUECOVALENTE

La différence d’électronégativité (ΔEN) est une indication de la distribution des électrons dans une liaison (ou doublet) et détermine son caractère. Une liaison peut être covalente pure (ΔEN=0), covalente non polaire (0<ΔEN<0,5), covalente polaire (0,5<ΔEN<2,0) ou ionique (ΔEN>2,0). Un doublet polaire contient un dipôle, c’est-à-dire, deux côtés; un côté avec une charge partiellement positive, δ+, et l’autre avec une charge partiellement négative, δ-. Voir le vidéo au lien https://www.youtube.com/watch?v=WU7Ah0fhth4

0,5

POLAIREAPOLAIREΔEN

2,0ΔEN

0ΔEN

H-F

ΔEN=1,8

C-H

ΔEN=0,4

Na+ -C

l-

ΔEN=2,2

δ+δ-

δ+δ-

Répondez à question verbaux 18 partie E disponible au lien https://smailpembinatrails-my.sharepoint.com/:w:/g/personal/adeakin_pembinatrails_ca/ERV-6WhKm1JFgbURSSLZQ2ABvOAG_WPK5s58eyNhASWasg?e=aPK5qK

Simulation interactive: https://phet.colorado.edu/sims/html/molecule-polarity/latest/molecule-polarity_fr.html

https://www.youtube.com/watch?v=WU7Ah0fhth4




https://phet.colorado.edu/sims/html/molecule-polarity/latest/molecule-polarity_fr.html

https://phet.colorado.edu/sims/html/molecule-polarity/latest/molecule-polarity_fr.html

7. Les forces intermoléculairesTout les particules de matière exercent des forces d’attraction entre elles qui affectent certaines de leurs caractéristiques physiques. En général, il y a 5 types de forces intermoléculaires. Les molécules peuvent exercer des forces de Van der Waals, qui incluent les forces de dispersion et les forces dipôle-dipôle, ou une force exercée entre les atomes de O, N, ou F et les atomes de H qui s’appelle les liaisons d’hydrogène. Si les particules d’un composé ionique interagissent avec les particules d’un composé covalent, les forces ion-dipôle existent. Finalement, les forces d’attraction entre les ions dans les composés ioniques s’appellent les liaisons ioniques. Les forces dans le diagramme suivant sont en ordre croissant selon leurs ampleurs. Pour déterminer les types de forces intermoléculaires, il est souvent utile de dessiner un schéma de Lewis du composé et ensuite de suivre l’organigramme des forces intermoléculaires, présent sur la diapositive suivante. Visionnez le vidéo qui explique les types de forces

intermoléculaires au lien https://www.youtube.com/watch?v=-wWAW96fC4U

Forces de dispersion/

LondonForces ion-dipôleForces

dipôle-dipôleLiaisons

d’hydrogène Liaisons ioniques

Forces van der Waals

https://www.youtube.com/watch?v=-wWAW96fC4U

8. Les schémas de Lewis-Les atomes

IA VIIIA

H•IIA IIIA IVA VA VIA VIIA

He:

Li• Be: •B• •C• •N• •O• :F• :Ne:

Na• Mg: •Al• •Si• •P• •S• :Cl• :Ar:

K• Ca:

::•• : :

:•

• ••

•

:::

::

::•

::

Les schémas de Lewis peuvent être utilisés pour représenter soit les atomes ou les molécules. Ils sont utiles pour prédire la structure et certaines caractéristiques des molécules à partir du partage d’un doublet d’électrons dans leurs couches de valence. Voir le tableau périodique ci-dessous pour un exemple des schémas de Lewis pour les premiers 20 atomes. Pour une révision de la notation de Lewis des atomes, référez-vous au lien suivant: https://www.youtube.com/watch?v=IwLnlAAngQc

https://www.youtube.com/watch?v=IwLnlAAngQc

Dessinez le schéma de Lewis pour les molécules suivantes:H2, F2, O2, N2, H2O, NH3, CO, CO2, CH4, CH3Cl, CH3OH, H2S, (CH3)2CO, H2O2, N2H4, CH2Cl2, CHF3, C2H5OH

Suivez les règles:1. Représentez seulement les électrons de valence comme points dans les quadrants N, S, E, O comme sur une

rose des vents.

2. Chaque paire d’électrons de valence est partagée entre deux atomes en paires dans des liaisons soit simples

(une paire), soit doubles (deux paires), ou soit triples (trois paires).

3. Un maximum de 8 électrons (la règle de l’octet) peuvent encercler un atome dans un quadrant-H et He sont

des exceptions avec une valence complète de 2 électrons (règle du duet)!

4. Dans les composés de 3 atomes ou plus, construisez votre schéma autour d’un atome central!

5. Les électrons non appariés affectent la polarité et la géométrie (la forme) du composé.

8. Les schémas de Lewis-Les composés covalents

Répondez à question verbaux 19 partie E disponible au lien https://smailpembinatrails-my.sharepoint.com/:w:/g/personal/adeakin_pembinatrails_ca/ERV-6WhKm1JFgbURSSLZQ2ABvOAG_WPK5s58eyNhASWasg?e=aPK5qK



9. La polarité et le moment de dipôle d’une moléculeLa polarité de tous les liaisons individuelles doit être considérée pour déterminer la polarité de la molécule. S’il n’y a aucun doublet libre sur l’atome central et que tous les vecteurs de dipôles individuels s’annulent, la molécule est non polaire. Contrairement, s’il y a un ou plusieurs doublets libres sur l’atome central, ou si les vecteurs de dipôles ne s’annulent pas, la molécule a un moment de dipôle et est appelée une molécule polaire. Tous les vecteurs dipôles s’annulent dans lamolécule de méthane et il est non polaire. Par contre, ammoniaque a unmoment de dipôle et est une molécule polaire.

doublet libre

vecteur de dipôle

moment de dipôle molécule polaire

molécule apolaire

Dessinez la structure de Lewis pour une molécule de H2.

Solution● Électrons de valence par H: ● Type de liaison relatif à l’atome

«central»:● Paires d’électrons appariés par H: ● Géométrie: ● Polarité:● Forces intermoléculaires (FIM):

Dessinez la structure de Lewis pour une molécule de F2.

Solution● Électrons de valence par F:● Type de liaison relatif à l’atome

«central»:● Paires d’électrons appariés par F: ● Géométrie:● Polarité: ● Forces intermoléculaires (FIM):

Les schémas de Lewis-Exemples

Dessinez la structure de Lewis pour une molécule de N2.

Solution● Électrons de valence par N:● Type de liaison relatif à l’atome

«central»:● Paires d’électrons appariés par N: ● Géométrie:● Polarité: ● Forces intermoléculaires (FIM):

Dessinez la structure de Lewis pour une molécule de O2.

Solution● Électrons de valence par O: ● Type de liaison relatif à l’atome

«central»: ● Paires d’électrons appariés par O: ● Géométrie: ● Polarité: ● Forces intermoléculaires (FIM):


Dessinez la structure de Lewis pour une molécule de NH3.

Solution● Électrons de valence TOTAL:● Paires d’électrons appariés par N: ● Géométrie:● Polarité:● Forces intermoléculaires (FIM):

Dessinez la structure de Lewis pour une molécule de H2O.

Solution● Électrons de valence TOTAL: ● Paires d’électrons appariés par O: ● Géométrie:● Polarité:● Forces intermoléculaires (FIM):


Dessinez la structure de Lewis pour une molécule de CO2.

Solution● Électrons de valence TOTAL:● Paires d’électrons appariés par C:● Géométrie:● Polarité:● Forces intermoléculaires (FIM):

Dessinez la structure de Lewis pour une molécule de CO.

Solution● Électrons de valence TOTAL:● Type de liaison relatif à l’atome

«central»:● Paires d’électrons appariés par O: ● Géométrie:● Polarité:● Forces intermoléculaires (FIM):


Dessinez la structure de Lewis pour une molécule de CH3Cl.

Solution● Électrons de valence TOTAL:● Paires d’électrons appariés par C: ● Géométrie:● Polarité:● Forces intermoléculaires (FIM):

Dessinez la structure de Lewis pour une molécule de CH4.

Solution● Électrons de valence TOTAL: ● Paires d’électrons appariés sur C: ● Géométrie: ● Polarité: ● Forces intermoléculaires (FIM):


CHIMIE 30S ET AVANCÉE : QUESTIONS VERBALES

Adaptée de : Mustoe, F., Jansen, M. P., Doram, T., Ivanco, J., Clancy, C., & Ghazariansteja, A. (2002). Chimie 11 (J. Charbonneau, R. Lepalme, et J.L. Riendeau, Trans.). Montréal, QC :

Chenelière/McGraw-Hill. (Œuvre originale publiée en 2001)

MODULE 4 : LES PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DE LA MATIÈRE

A. LES CHANGEMENTS DE PHASES ET LA VARIATION D’ENTHALPIE

1. Utilisez soit endothermique ou exothermique pour décrire le type de transfert thermique

pour chaque changement de phase.

a. liquéfaction b. sublimation c. fusion

d. condensation e. solidification f. vaporisation

2. Utilisez soit un symbole «+» ou un symbole «– » pour décrire le type de transfert thermique

pour chaque changement de phase.

a. liquéfaction b. sublimation c. fusion

d. condensation e. solidification f. vaporisation

B. LA PRESSION DE VAPEUR

Référez-vous à la courbe de la pression de vapeur ci-haut pour répondre aux questions suivantes.

éther diéthylique

éthanol

eau

(mm

Hg)




3. Pour lequel de ces trois liquides prévoyez-vous la pression de vapeur la plus élevée à

température ambiante : l’éther diéthylique, l’éthanol ou l’eau?

4. Dans quelle phase serait l’éther diéthylique lors des conditions suivantes?

a. 10°C et 300 mm Hg b. 30°C et 800 mm Hg c. 60°C et 700 mm Hg

5. Dans quelle phase serait l’éthanol dans les conditions suivantes?


6. Dans quel état serait l’eau lors des conditions suivantes?


7. Quelle est la température d’ébullition de chaque liquide à une pression de 400 mm Hg?

8. Écrivez les coordonnés de température et de pression où tous les trois liquides seraient

chacun à l’état gazeux.

9. Si la pression atmosphérique diminue de 25 mm Hg pour chaque 300 m d’altitude, estimez

le point d’ébullition de l’eau au sommet des montagnes suivantes. Consultez la courbe de

pression de vapeur d’eau pour faire correspondre la pression de vapeur à la bonne

température.

Montagne Altitude Montagne Altitude

Everest-NEP 8 848 m Vinson-CHI 4 892 m

Aconcagua-ARG 6 962 m Puncak Jaya-INA 4 884 m

Denali-USA 6 190 m Brazeau-CAN (AB) 3 525 m

Logan-CAN (YT) 5 959 m Säntis-SUI 2 502 m

Killimandjaro-TAN 5 892 m Kosciuszko-AUS 2 228 m

Elbrouz-RUS 5 642 m Baldy-CAN (MB) 832 m

10. Si la pression atmosphérique diminue de 25 mm Hg pour chaque 300 m d’altitude, estimez

le point d’ébullition de l’eau à la base de la Vallée de la Mort en Californie à une altitude de

– 86 m. Consultez la courbe de pression de vapeur d’eau pour faire correspondre la pression

de vapeur à la bonne température.

11. Ordonnez les trois liquides dans la courbe de pression de vapeur en ordre croissant selon

leur volatilité.

12. Ordonnez les trois liquides dans la courbe de pression de vapeur en ordre croissant selon

leur forces intermoléculaires.




C. LES DIAGRAMMES DE PHASE

Référez-vous au diagramme de phases pour le dioxyde de carbone, CO2, pour répondre aux questions suivantes. 13. Faites correspondre les lettres et les chiffres à leurs étiquettes appropriées.

a. liquide ____ b. fluide supercritique ____ c. gaz ____

d. solide ____ e. point critique ____ f. point triple ____

14. Notez le point marqué A sur le diagramme de phase suivant. Quel changement de

température causera la fusion du solide?

a. Une augmentation de la

température

b. Un changement dans la pression est

nécessaire pour causer la fusion

c. La diminution de la température d. Aucune manipulation de la température ou

la pression résultera dans la fusion

A·




D. LES DIAGRAMMES DE CHANGEMENT D’ÉTAT

Consultez le diagramme de changement d’état suivant pour répondre aux questions qui suivent.

15. Si pendant un changement de phase la température ne change pas mais l’énergie thermiques est encore absorbée par l’eau, expliquez ce qui arrive aux forces intermoléculaires.

16. Si la courbe représentait une substance pure autre que l’eau, comment les plateaux seraient-ils différents?

17. Dans la même espace où est le diagramme, esquissez un deuxième diagramme de changement d’état pour l’eau où l’énergie thermique est enlevée.

E. L’ÉLECTRONÉGATIVITÉ, LES STRUCTURES DE LEWIS ET LES FORCES INTERMOLÉCULAIRES

Consultez les valeurs d’électronégativités sur le tableau périodique au lien

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c8/Tableau_périodique_des_éléments_%28d

étaillé%29.svg pour répondre aux questions suivantes.

18. Calculez la différence d’électronégativité, EN, pour chaque paire d’atomes et déterminez le

caractère de la liaison, soit covalente polaire, covalente non-polaire, ou ionique.

a. O-O b. C-H c. H-Br d. Mg-O e. N-N

f. C-O g. H-I h. Al-Cl i. C-C j. H-O

Tout le liquide est évaporé

L’eau liquide commence à bouillir

Le solide commence à fondre

Tout le solide est fondu

Énergie thermique ajoutée

Tem

pér

atu

re (

°C)

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c8/Tableau_périodique_des_éléments_%28détaillé%29.svg

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c8/Tableau_périodique_des_éléments_%28détaillé%29.svg




19. Dessinez la structure de Lewis pour chacun des composés covalents. Où ce n’est pas évident,

l’atome central est indiqué par un *.

a. CO b. H2S c. *CH3F d. *CH2ClBr e. *CH3OH

f. N2H4 g. *C2H5OH h. (CH3)2*CO

20. Pour chaque molécule dans la question précédente,

a. tracez les vecteurs de dipôles,

b. déterminez la polarité et

c. déterminez les types de forces intermoléculaires

d. ordonnez les composés e., g., et h., en ordre croissant de leur température d’ébullition à

partir de leur forces intermoléculaires.

1 H

Hydrogène

1s1

1,008

3

Lithium

1s2 2s1

6,94

+1

4

Béryllium

1s2 2s2

9,012

+2

–1 +1

9,322 5,391

13,59

Li Be

11

Sodium

[Ne] 3s1

22,99

+1

12

Magnésium

[Ne] 3s2

24,31

+2

7,646 5,139

Na Mg

19 K

Potassium

[Ar] 4s1

39,10

37

Rubidium

[Kr] 5s1

85,47

+1

20 Ca Calcium

[Ar] 4s2

40,08

38

Strontium

[Kr] 5s2

87,62

+2

21

Scandium

[Ar] 4s2 3d1

44,96

39

Yttrium

[Kr] 5s2 4d1

88,91

+2 +3

+1 +2 +3

6,217 5,694 4,177

6,561 6,113 4,340

Sc

Rb Sr Y

55

Césium

[Xe] 6s1

132,91

+1

56

Baryum

[Xe] 6s2

137,33

+2

57

Lanthane

[Xe] 6s2 5d1

138,91

+3

5,577

5,211 3,893

Cs Ba

La

22 Ti

Titane

[Ar] 4s2 3d2

47,87

40

Zirconium

[Kr] 5s2 4d2

91,22

+4

23 V

Vanadium

[Ar] 4s2 3d3

50,94

41

Niobium

[Kr] 5s1 4d4

92,91

+3 +5

24

Chrome

[Ar] 4s1 3d5

52,00

42

Molybdène

[Kr] 5s1 4d5

95,96

+2 +3 +4 +5 +6

+2 +3 +4 +2 +3 +4 +5 +2 +3 +6

7,092 6,758 6,633

6,766 6,746 6,828

Cr

Zr Nb Mo

72

Hafnium

[Xe] 6s2 4f14 5d2

178,49

+4

73

Tantale

[Xe] 6s2 4f14 5d3

180,95

+5

74

Tungstène

[Xe] 6s2 4f14 5d4

183,84

+2 +3 +4 +5 +6

7,864 7,549 6,825

Hf Ta W

25 Mn

Manganèse

[Ar] 4s2 3d5

54,94

43

Technétium

[Kr] 5s2 4d5

[98]

+7

26 Fe

Fer

[Ar] 4s2 3d6

55,85

44

Ruthénium

[Kr] 5s1 4d7

101,07

+2 +3 +4 +6 +8

27

Cobalt

[Ar] 4s2 3d7

58,93

45

Rhodium

[Kr] 5s1 4d8

102,91

+2 +3 +4

+2 +3 +4 +6 +7 +2 +3 +2 +3

7,456 7,360 7,28

7,881 7,902 7,434

Co

Tc Ru Rh

75

Rhénium

[Xe] 6s2 4f14 5d5

186,21

+2 +3 +4 +6 +7

76

Osmium

[Xe] 6s2 4f14 5d6

190,23

+2 +3 +4 +6 +8

77

Iridium

[Xe] 6s2 4f14 5d7

192,22

+2 +3 +4 +6

8,967 8,438 7,833

Re Os Ir

28 Ni Nickel

[Ar] 4s2 3d8

58,69

46

Palladium

[Kr] 5s0 4d10

106,42

+2 +4

29 Cu Cuivre

[Ar] 4s1 3d10

63,55

47

Argent

[Kr] 5s1 4d10

107,87

+1

30

Zinc

[Ar] 4s2 3d10

65,38

48

Cadmium

[Kr] 5s2 4d10

112,41

+2

+2 +3 +1 +2 +2

8,993 7,576 9,336

9,394 7,726 7,639

Zn

Pd Ag Cd

78

Platine

[Xe] 6s1 4f14 5d9

195,08

+2 +4

79

Or

[Xe] 6s1 4f14 5d10

196,97

+1 +3

80

Mercure

[Xe] 6s2 4f14 5d10

200,59

+1 +2

10,43 9,225 8,958

Pt Au Hg

5

Bore

1s2 2s2 2p1

10,81

+3

6

Carbone

1s2 2s2 2p2

12,01

–4 +2 +4

7

Azote

1s2 2s2 2p3

14,01

–3 +1 +2 +3 +4 +5

14,53 11,26 8,298

B C N

13

Aluminium

[Ne] 3s2 3p1

26,98

+3

14

Silicium

[Ne] 3s2 3p2

28,09

–4 +4

15

Phosphore

[Ne] 3s2 3p3

30,97

–3 +3 +4 +5

10,48 8,151 5,985

Al Si P

8

Oxygène

1s2 2s2 2p4

16,00

–2 –1 +2

9

Fluor

1s2 2s2 2p5

19,00

–1

2

Hélium

1s2

4,003

10

Néon

1s2 2s2 2p6

20,18

0

0

21,56 17,42 13,61

24,58

He

O F Ne

16

Soufre

[Ne] 3s2 3p4

32,06

–2 +2 +4 +6

17

Chlore

[Ne] 3s2 3p5

35,45

–1 +1 +3 +5 +7

18

Argon

[Ne] 3s2 3p6

39,95

0

15,75 12,96 10,36

S Cl Ar

31 Ga Gallium

[Ar] 4s2 3d10 4p1

69,72

49

Indium

[Kr] 5s2 4d10 5p1

114,82

+1 +2 +3

32 Ge

Germanium

[Ar] 4s2 3d10 4p2

72,63

50

Etain

[Kr] 5s2 4d10 5p2

118,71

+2 +4

33

Arsenic

[Ar] 4s2 3d10 4p3

74,92

51

Antimoine

[Kr] 5s2 4d10 5p3

121,76

–3 +3 +5

+1 +2 +3 +2 +4 –3 +3 +5

8,608 7,343 5,786

9,788 7,899 5,999

As

In Sn Sb

81

Thallium

[Xe] 6s2 4f14 5d10 6p1

204,38

+1 +3

82

Plomb

[Xe] 6s2 4f14 5d10 6p2

207,2

+2 +5

83

Bismuth

[Xe] 6s2 4f14 5d10 6p3

208,98

+3 +5

7,285 7,416 6,108

Tl Pb Bi

34 Se

Sélénium

[Ar] 4s2 3d10 4p4

78,96

52

Tellure

[Kr] 5s2 4d10 5p4

127,60

–2 +2 +4 +6

35 Br Brome

[Ar] 4s2 3d10 4p5

79,90

53

Iode

[Kr] 5s2 4d10 5p5

126,90

–1 +1 +3 +5 +7

36

Krypton

[Ar] 4s2 3d10 4p6

83,80

54

Xénon

[Kr] 5s2 4d10 5p6

131,29

0

–2 +2 +4 +6 –1 +1 +5 +7 0

12,12 10,45 9,009

13,99 11,81 9,752

Kr

Te I Xe

84

Polonium

[Xe] 6s2 4f14 5d10 6p4

[209]

+2 +4

85

Astate

[Xe] 6s2 4f14 5d10 6p5

[210]

–1 +1 +3 +5 +7

86

Radon

[Xe] 6s2 4f14 5d10 6p6

[222]

0

10,74 9,597 8,416

Po At Rn

87

Francium

[Rn] 7s1

[223]

+1

88

Radium

[Rn] 7s2

[226]

+2

89

Actinium

[Rn] 7s2 6d1

[227]

+3

5,17

5,278 4,072

Fr Ra

Ac

104

Rutherfordium

[Rn] 7s2 5f14 6d2

[267]

+4

105

Dubnium

[Rn] 7s2 5f14 6d3

[268]

+5

106

Seaborgium

[Rn] 7s2 5f14 6d4

[271]

+6

— — —

Rf Db Sg 107

Bohrium

[Rn] 7s2 5f14 6d5

[272]

+7

108

Hassium

[Rn] 7s2 5f14 6d6

[277]

—

109

Meitnerium

[Rn] 7s2 5f14 6d7

[276]

—

— — —

Bh Hs Mt 110

Darmstadtium

[Rn] 7s2 5f14 6d8

[281]

—

111

Roentgenium

[Rn] 7s2 5f14 6d9

[280]

—

112

Copernicium

[Rn] 7s2 5f14 6d10

[285]

—

— — —

Ds Rg Cn 113

Nihonium

[Rn] 7s2 5f14 6d10 7p1

[286]

—

114

Flérovium

[Rn] 7s2 5f14 6d10 7p2

[289]

—

115

Moscovium

[Rn] 7s2 5f14 6d10 7p3

[288]

—

— — —

Nh Fl Mc 116

Livermorium

[Rn] 7s2 5f14 6d10 7p4

[293]

—

117

Tennessine

[Rn] 7s2 5f14 6d10 7p5

[294]

—

118

Oganesson

[Rn] 7s2 5f14 6d10 7p6

[294]

0

— — —

Lv Ts Og

58

Cérium

[Xe] 6s2 4f1 5d1

140,12

+3 +4

59

Praséodyme

[Xe] 6s2 4f3

140,91

+3 +4

60

Néodyme

[Xe] 6s2 4f4

144,24

+3

5,525 5,464 5,538

Ce Pr Nd 61

Prométhium

[Xe] 6s2 4f5

[145]

+3

62

Samarium

[Xe] 6s2 4f6

150,36

+2 +3

63

Europium

[Xe] 6s2 4f7

151,96

+2 +3

5,670 5,643 5,58

Pm Sm Eu 64

Gadolinium

[Xe] 6s2 4f7 5d1

157,25

+3

65

Terbium

[Xe] 6s2 4f9

158,93

+3 +4

66

Dysprosium

[Xe] 6s2 4f10

162,50

+3

5,938 5,863 6,150

Gd Tb Dy 67

Holmium

[Xe] 6s2 4f11

164,93

+3

68

Erbium

[Xe] 6s2 4f12

167,26

+3

69

Thulium

[Xe] 6s2 4f13

168,93

+2 +3

6,184 6,107 6,021

Ho Er Tm 70

Ytterbium

[Xe] 6s2 4f14

173,05

+2 +3

71

Lutétium

[Xe] 6s2 4f14 5d1

174,97

+3

5,425 6,254

Yb Lu

90

Thorium

[Rn] 7s2 6d2

232,04

+4

91

Protactinium

[Rn] 7s2 5f2 6d1

231,04

+4 +5

92

Uranium

[Rn] 7s2 5f3 6d1

238,03

+3 +4 +5 +6

6,194 5,89 6,306

Th Pa U 93

Neptunium

[Rn] 7s2 5f4 6d1

[237]

+3 +4 +5 +6

94

Plutonium

[Rn] 7s2 5f6

[244]

+3 +4 +5 +6

95

Américium

[Rn] 7s2 5f7

[243]

+3 +4 +5 +6

5,973 6,026 6,265

Np Pu Am 96

Curium

[Rn] 7s2 5f7 6d1

[247]

+3

97

Berkélium

[Rn] 7s2 5f9

[247]

+3 +4

98

Californium

[Rn] 7s2 5f10

[251]

+3

6,30 6,23 6,02

Cm Bk Cf 99

Einsteinium

[Rn] 7s2 5f11

[252]

+3

100

Fermium

[Rn] 7s2 5f12

[257]

+3

101

Mendélévium

[Rn] 7s2 5f13

[258]

+3

6,58 6,50 6,42

Es Fm Md 102

Nobélium

[Rn] 7s2 5f14

[259]

+3

103

Lawrencium

[Rn] 7s2 5f14 6d1

[262]

+3

1,5 1,0

2,1

1,2 0,9

1,2 1,0 0,8

1,3 1,0 0,8

1,1

0,9 0,7

1,8 1,6 1,4

1,6 1,6 1,5

1,7 1,5 1,3

2,2 2,2 1,9

1,8 1,8 1,5

2,2 2,2 1,9

1,7 1,9 2,2

1,6 1,9 1,8

1,9 2,4 2,2

3,0 2,5 2,0

2,1 1,8 1,5

— 4,0 3,5

—

— 3,0 2,5

1,9 1,8 1,7

2,0 1,8 1,6

1,9 1,9 1,8

2,6 2,5 2,1

3,0 2,8 2,4

— 2,2 2,0

1,1

0,9 0,7 — — — — — — — — — — — — — — —

1,1 1,1 1,1 1,1 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,3 1,2

1,7 1,5 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 — 1,5 — 6,65

No Lr

* Pure Appl. Chem., Vol. 78, No. 11, pp. 2051–2066, 2006. Actualisé en 2016 selon recommandations de l’Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée.

80

Mercure

[Xe] 6s2 4f14 5d10

200,59 1,9

+1 +2

10,43

Tableau périodique des éléments

Numéro atomique

Principaux nombres d’oxydation (le plus fréquent en gras)

Configuration électronique (en rouge : exception à la règle de Klechkowski)

Électronégativité (échelle de Pauling) Masse atomique, basée sur 12C

[ ] : nombre de masse de l’isotope le plus stable *

Énergie de première ionisation (eV)

Nom de l’élément Symbole de l’élément (en gris : aucun isotope stable)

1

2

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

13 14 15 16 17

18

1

2

3

4

5

6

7

Lanthanides 6

Actinides 7

Hg

89 à 103

57 à 71

© 2016, Clovis Darrigan - Anima-Science / www.darrigan.net - www.anima-science.fr

LES FORCES INTERMOLÉCULAIRES

Le composé contient des molécules

polaires

Forces de dispersion/

LondonForces ion-dipôle

Molécules ou ions qui interagissent

Les atomes d’hydrogène sont liés aux atomes de

N, O, ou F

Des ions sont impliqués

Le composé contient des molécules

polaires et des ions

OUINONNON

OUI

Forces dipôle-dipôle

Liaisons d’hydrogène Liaisons ioniques

OUINON

NON

OUI

Forces van der Waals adapté de: Brown, T., et al. (2005). Chemistry, the central science 10th edition. Toronto: Pearson.

Documents

Les propriétés physiques de la matière