Chimie  Chapitre  4  –  Forces  intermoléculaires     Lefèvre  2014-­‐2015                                            Lefèvre  2011-­‐2012                                                                                                                                                                            

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CHAPITRE  4  :  FORCES  INTERMOLECULAIRES      Ce  qu’il  faut  savoir  :  Etats  de  la  matière,  changements  d’état  Notion  de  dipôle  permanent  et  de  dipôle  instantané  Polarisabilité  Conditions   d’apparition   et   caractéristiques   des   interactions   de   Van   der   Waals   (Keesom,   Debye,   London),   et   de  la   liaison  hydrogène.    Ordres  de  grandeur  énergétiques  Solvants  :  permittivité  relative  et  proticité.  Pouvoir  dispersant,  pouvoir  solvatant.  Mise  en  solution  des  composés  moléculaires  ou  ioniques.    Ce  qu’il  faut  savoir  faire  :  Prévoir   ou   interpréter   les   propriétés   physiques   des   corps   purs   par   l’existence   d’interactions   de   van   der  Waals   ou   de   liaisons  hydrogène  inter  ou  intramoléculaires.  Interpréter  des  données  de  solubilité  ou    miscibilité  

 

TD  CHAPITRE  4  :  FORCES  INTERMOLECULAIRES    

Erreurs  à  éviter  et  conseils  L’interprétation  des  températures  de  changement  d’état  est  une  question  très  classique.  Penser  à  indiquer  :    1. quelles  sont  les  forces  à  prendre  en  compte  2. quelles  sont  celles  qui  sont  identiques  3. quelles  sont  celles  qui  diffèrent.  On  peut  procéder  sous  forme  de  tableau  (cf  cours).  

 Pour  s’entrainer…  Exercice  1  :  Tester  ses  connaissances  

   

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Exercice  2  :  Comparaison  de  températures  d’ébullition  Expliquer  les  résultats  suivants  :    

1) Les  températures  d’ébullition  du  benzène  et  du  phénol  sont  respectivement  80°C  et  182°C.    2) Le   méthylphényléther   et   l’éthylphényléther   ont   respectivement   pour   température   d’ébullition   154°C   et   170°C.   Ces  

températures  d’ébullition  sont  inférieures  à  celles  du  phénol.  

benzène

OH

phénol

O

méthylphénylether

O

éthylylphénylether  3) L’acide   (Z)-­‐butènedioïque   (acide   maléïque)   a   une   température   de   fusion   de   138°C   inférieure   à   celle   de   l’acide  

butanedioïque  (acide  succinique)  égale  à  183°C  ainsi  que  celle  de  son  diastéréoisomère  (E).  

HOOC

COOH

HOOC COOH

COOH

HOOCacide maléïque acide fumarique acide succinique  

Pour  aller  plus  loin…  Exercice  3  :  Autour  de  l’eau  

1. Le  polyacrylate  de  sodium  (ci-­‐contre)  est  un  polymère  dit  «  superabsorbant  »  car  il  est  susceptible  de  capter  jusqu’à  1000  fois  sa  masse  en  eau.  Il  est  utilisé  dans  les  couches  culottes  par  exemple.  Expliquer.    

2. L’eau   est   miscible   avec   le   méthanol,   l’éthanol,   la   méthanamine,   l’éthanamine,  l’acide  acétique  (éthanoïque),   l’acétone  (propanone)…  mais  pas   (ou  peu)  avec   le  pentane,   l’éther   (C2H5OC2H5),   le   tétrachlorométhane,   le   dichlorométhane…  Interpréter   la  miscibilité   ou   non   avec   l’eau   en   recensant   les   différents   types   de  forces  intermoléculaires  qui  interviennent.  

3. Solubilité  de  gaz  dans  l’eau  Le  tableau  ci-­‐dessous  donne  la  solubilité  de  différents  gaz  dans  l’eau,  sous  une  pression  de  1  bar.    Interpréter  les  importantes  différences  observées.  

Gaz   CO2   SO2   NH3  𝑠(mol.L-­‐1)   3,8.10-­‐2   1,77   31,1  

 Exercice  4  :  Dihalogènes  Interpréter  les  états  physiques  suivants  :  à  25°C  et  sous  une  pression  de  1  bar,  F2  et  Cl2  sont  gazeux,  Br2  est  liquide,  I2  est  solide.        Exercice  5  :  Chromatographie  La  fonction  alcool  de  la  molécule  A  est  oxydée  en  aldéhyde  B  comme  le  montre  le  schéma  ci-­‐dessous  :    

O

O

O

OH

O

OC6H5

MeOO

O

OO

OC6H5

MeO

CrO3,  pyridineO

A B  L’analyse   chromatographique   de   la   pureté   de  B   est   effectuée   en   déposant   sur   une  même  plaque   de   gel   de   silice   une   petite  quantité   du   composé   A   et   de   B   en   solution   dans   le   dichlorométhane.   Après   élution   avec   un   mélange  tétrahydrofuranne/dichlorométhane   (proportion   volumique   =   1/4)   puis   révélation   avec   une   solution   de   permanganate   de  potassium,  la  plaque  chromatographique  obtenue  est  la  suivante  (figure  1)  

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  3  

Plaque  de  silice  

   

Figure  1    La   phase   stationnaire   est   une   plaque   recouverte   de   silice.   Celle-­‐ci   présente   des   groupements   silanols   comme   le   montre   le  schéma  ci-­‐dessous  (Figure  2)  

                                                                                               Figure  2  

 À  l’aide  de  la  figure  1,  calculer  les  rapports  frontaux  notés  Rf  pour  les  composés  A  et    B  et  justifier  la  position  relative  des  tâches  correspondant  à  ces  molécules.    

 A  RENDRE  

 Exercice  6  :  Températures  de  changement  d’état  

1. Commenter  les  températures  d’ébullition  suivantes  :    Corps  pur   H2   O2   F2   Cl2   Br2  Teb    (K)   20   90   85   238   331  

   2. Commenter   les   températures  d’ébullition  de  ces  deux  molécules  de   taille  comparable,   connaissant   la  valeur  de   leurs  

moments  dipolaires  0,55D  (PH3)  ;  0,97D  (H2S)        3. Attribuer  à  chaque  molécule  sa  température  d’ébullition  :    • Ethane,  propane,  éther  diméthylique,  éthanol.  • -­‐  88°C  ;  –  42°C  ;  –  24°C  ;  +78°C.      

   

       

 

Corps  pur   PH3   H2S  Teb    (K)   185   212  

Groupement  silanol  

Composé  A   Intermédiaire  B  

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APPROCHE  DOCUMENTAIRE  :  STRUCTURE  DES  MEMBRANES  LIPIDIQUES    Document  1  :    

 Schéma  d’un  liposome,  vésicule  artificielle  qui  mime  une  cellule.  Leur  membrane  est  constituée  d’une  bicouche  lipidique,  formée  

par  association  de  phospholipides  (voir  document  2).    

Document  2  :          

Structure  des  principaux  phospholipides.    A  :  phosphatidylcholine  B  :  phosphatidyléthanolamine  C  :  phosphatidylsérine.    

   Document  3  :  

 

   Structure  de  la  doxorubicine,  molécule  utilisée  en  chimiothérapie.  

 Elle  peut  être  encapsulée  dans  la  cavité  interne  d’un  liposome.  

 

 Questions  1)  Pourquoi  peut-­‐on  qualifier  les  phospholipides  de  molécules  «  amphiphiles  »  c’est-­‐à-­‐dire  qui  présentent  une  partie  hydrophile  et  une  partie  hydrophobe  ?  2)   Justifier   l’orientation   des   phospholipides   dans   la   bicouche.   Quelle   interaction   est   à   l’origine   de   la   cohésion   des   parties  hydrophobes  ?  3)  Justifier  que  la  doxorubicine  ait  une  affinité  pour  la  cavité  interne  d’un  liposome.  4)  Certains  liposomes  peuvent  être  rompus  et  ainsi  libérer  leur  contenu  par  une  diminution  du  pH  extérieur.  Expliquer.  

cavité interne(solution aqueuse)

extérieur(solution aqueuse)

schémad'un phospholipide

O

OO

OO

PO

OO

N

O

OO

OO

PO

OO

NH3

O

OO

OO

PO

OO

OO

H3N

A B C

tête

queue