Forces de Van der Waals, Liaisons Ioniques et Hydrogène

Les Forces de Van der Waals

Les forces de Van der Waals sont des forces de stabilisation moléculaire. Bien qu'elles ne forment pas une liaison chimique covalente, elles comportent deux types d'interactions :

• Les forces de dispersion (qui sont des forces d'attraction).
• Les forces répulsives entre les électrons des couches de deux atomes voisins.

Forces de Dispersion

Tous les atomes, même non polaires, présentent de petits dipôles transitoires. Ces dipôles sont dus à la rotation des électrons autour du noyau (voir atome). La présence de ce dipôle transitoire permet également de polariser les atomes adjacents, produisant ainsi de petites forces d'attraction électrostatique entre ces dipôles. Ces forces sont présentes dans tous les atomes.

Répulsion Électrostatique

Ces forces de dispersion sont opposées par la répulsion électrostatique entre les couches d'électrons de deux atomes adjacents.

Le résultat de ces forces opposées est l'établissement d'une distance minimale autorisée entre les noyaux de deux atomes adjacents. Cette distance est connue sous le nom de rayon de Van der Waals.

Les Trois Types de Liaisons de Van der Waals

Nous distinguons trois types de liaisons de Van der Waals :

1. Orientation (Interaction Dipôle-Dipôle Permanente)

   Interaction permanente dipôle-dipôle constante. Elle se produit entre molécules polaires telles que le HCl, produisant une attraction électrique entre les pôles opposés de molécules voisines. Cette interaction n'implique pas le chevauchement des atomes, ce qui la rend moins forte que la liaison hydrogène. (Rappelez-vous que le seul chevauchement se produit dans la liaison hydrogène, où N, O et F sont des espèces plus petites). Plus la polarité de la molécule est élevée (différence d'électronégativité entre les atomes qui la forment), plus l'interaction est forte.

2. Induction (Interaction Dipôle-Dipôle Induit)

   Interaction permanente dipôle-dipôle induit. Elle se produit entre une molécule polaire et une molécule apolaire. Dans ce type d'interaction, la molécule dipolaire permanente provoque une déformation du nuage d'électrons de la molécule apolaire adjacente. Par exemple, le pôle négatif de la molécule polaire induit le déplacement des électrons de la molécule apolaire vers le pôle opposé, faisant apparaître un dipôle induit. Une attraction électrique s'établit ainsi entre les pôles opposés.

   Ce type de liaison est également connu sous le nom de polarisation. Elle est d'autant plus intense que la polarisation de la molécule apolaire est grande. L'intensité de ce phénomène dépend du degré de polarité (différence d'électronégativité entre les atomes formant la molécule polarisante) et de la taille de la molécule polarisée (un plus grand nombre d'électrons permet un arrangement plus inégal).

3. Dispersion (Forces de London)

   Interaction dipôle-dipôle instantanée. Ces forces apparaissent dans tous les composés moléculaires et sont la seule force intermoléculaire qui apparaît entre molécules non polaires. Elles sont causées par l'apparition d'une distribution asymétrique des charges dans une molécule (étant donné le mouvement continu des électrons). Ce phénomène induit l'apparition d'un dipôle instantané dans la molécule adjacente, établissant une interaction très faible et instantanée.

   L'intensité de cette interaction dépend de la taille de la molécule : plus le nombre d'électrons est grand, plus la probabilité d'apparition d'un dipôle instantané est élevée.

Attraction Dipôle-Dipôle

Une attraction dipôle-dipôle est une interaction non-covalente entre deux molécules polaires ou deux groupes polaires de la même molécule (si celle-ci est grande). Les molécules qui contiennent des dipôles permanents (formées lorsque les atomes sont liés de façon asymétrique par électronégativité différente) s'attirent lorsque la région positive de l'une est proche de la région négative de l'autre, comme c'est le cas entre les molécules de BrCl.

Les Ponts Hydrogène

Il s'agit d'un type spécial d'interaction dipôle-dipôle entre un atome d'hydrogène (H) formant une liaison polaire (tel que N-H, O-H, ou F-H) et un atome très électronégatif (tel que O, N ou F).

Cette interaction est représentée comme suit :

A—H • • • • • • B

Où A et B représentent O, N ou F. A—H est une molécule ou une partie d'une molécule, et B est une partie de l'autre. La ligne pointillée représente la liaison hydrogène.

L'énergie moyenne d'une liaison hydrogène est assez grande pour être considérée comme une interaction dipôle-dipôle forte (supérieure à 40 kJ/mol). Cela confère à la liaison hydrogène une grande importance dans l'adoption de certaines structures et propriétés de nombreux composés.

Propriétés Générales des Métaux

Les métaux présentent les propriétés suivantes :

• Ils sont généralement solides à température ambiante, à l'exception du mercure (Hg). Leurs points de fusion et d'ébullition varient considérablement.
• Leurs conductivités thermique et électrique sont très élevées, ce qui s'explique par l'énorme mobilité de leurs électrons de valence.
• Ils possèdent un éclat métallique et sont généralement moins électronégatifs.
• Ils sont ductiles et malléables (la grande mobilité des électrons de valence permet aux cations métalliques de se déplacer sans provoquer de rupture).
• Ils peuvent émettre des électrons lorsqu'ils reçoivent de l'énergie sous forme de chaleur.
• Ils ont tendance à perdre des électrons lorsque leurs dernières couches reçoivent des quanta de lumière (photons), un phénomène connu sous le nom d'effet photoélectrique.

La Liaison Ionique

En chimie, la liaison ionique est l'union qui résulte de la présence de forces d'attraction électrostatique entre des ions de signes opposés. Elle survient lorsqu'un atome cède ou capture un électron.

Un métal cède un ou plusieurs électrons pour former des cations (ions chargés positivement) avec une configuration électronique stable. Ces électrons sont ensuite capturés par un non-métal, formant un anion (ion chargé négativement) qui possède également une configuration électronique stable. L'attraction électrostatique entre ces ions de charges opposées les amène à s'unir et à former une liaison ionique.

Composés Ioniques et Leurs Propriétés

Les composés ioniques forment des réseaux cristallins (treillis) constitués d'ions de charges opposées maintenus ensemble par des forces électrostatiques. Ce type d'attraction détermine leurs propriétés :

• Si l'attraction électrostatique est forte, ce sont des solides cristallins avec un point de fusion élevé et ils sont insolubles dans l'eau.
• Si l'attraction est moindre (comme dans le cas du NaCl), le point de fusion est également plus faible. En général, ils sont solubles dans l'eau mais insolubles dans les liquides non polaires comme le benzène [1].

Autres caractéristiques des composés ioniques :

• Ils ont une structure cristalline solide (souvent dans le système cubique).
• La liaison résulte du transfert d'électrons d'un métal à un non-métal, formant des ions.
• Ils possèdent un point de fusion et un point d'ébullition élevés.
• Ces liaisons résultent de l'interaction entre les métaux des groupes I et II et les non-métaux des groupes VI et VII.
• Ils sont solubles dans les solvants polaires.
• Dans l'état solide, ils ne conduisent pas l'électricité.
• Une fois fondus ou en solution aqueuse, ils conduisent l'électricité.