Home

MPSI/PCSI

Physique-Chimie

Chimie

Interactions moléculaires

Dans cette vidéo, on étudie la longueur des liaisons hydrogènes entre différentes molécules. On commence par le fluorure d'hydrogène cristallin, où la distance entre deux atomes de fluor est de 249 picomètres et la liaison covalente HF est de 92 picomètres. En déduisant la longueur de la liaison hydrogène HF entre deux molécules différentes, on trouve 157 picomètres.

Ensuite, on se penche sur la molécule d'eau. On compare la liaison hydrogène précédente à celle observée dans la glace, où la distance entre deux atomes d'hydrogène est de 276 picomètres. On suppose que la longueur de la liaison covalente O-H est la même dans la glace et dans la molécule d'eau liquide, qui a un moment dipolaire de 1,84 Debye et un pourcentage ionique de 32%. Dans la molécule d'eau liquide, l'angle HO-H est de 104,5°.

Pour trouver la longueur de la liaison hydrogène dans la molécule d'eau, on utilise la formule du moment dipolaire, qui fait intervenir une longueur particulière L1. On décompose le moment dipolaire global en deux moments distincts (P1 et P2) pour chaque liaison polarisée. En utilisant les valeurs données, on obtient que la longueur de la liaison hydrogène dans la molécule d'eau solide est de 178 picomètres.

En résumé, la longueur de la liaison hydrogène HF dans le fluorure d'hydrogène cristallin est de 157 picomètres, tandis que dans la molécule d'eau solide, elle est de 178 picomètres. Le calcul du moment dipolaire et l'utilisation de formules spécifiques permettent de déterminer ces valeurs.

Bonjour à tous, c'est Matisse de Studio et dans cette vidéo, on va se pencher sur la longueur de différentes liaisons hydrogènes. Alors, la distance entre deux atomes de fluor est de 249 picomètre dans le fluorure d'hydrogène cristallin. Sachant que la liaison covalente HF est de 92 picomètre, en déduire la longueur de liaison hydrogène HF, donc entre deux molécules différentes. Alors, lorsqu'on pose un exercice comme ça, directement, où on sait qu'il y a un fort lien avec la représentation spatiale des molécules, il faut bien sûr se pencher en tout et pour tout sur un schéma. C'est parti. Si on schématise la situation, et bien avec deux molécules de fluorure d'hydrogène qui sont à côté, on a les différentes longueurs qu'on peut introduire sur notre schéma, la longueur entre deux atomes de fluor dans le cristal, la longueur de la liaison covalente entre l'hydrogène et le fluor, et donc la longueur de la liaison hydrogène, c'est tout simplement L2-L1, et si on fait l'application numérique, c'est 157 picomètre. Maintenant, on va compliquer un peu les choses en se penchant sur la molécule d'eau. Comparer la précédente liaison hydrogène à celle observée dans la glace pour laquelle la distance séparant deux atomes d'hydrogène est de 276 picomètre. On admettra que la longueur de la liaison covalente O-H dans la glace est la même que celle observée dans la molécule d'eau du liquide de moment dipolaire P-H2O qui est égale à 1,84 Debye, avec un pourcentage ionique de 32%. Et dans la molécule d'eau du liquide, l'angle HO-H vaut 104,5°. On nous introduit beaucoup de grandeurs, beaucoup de valeurs, c'est typique d'un exercice de chimie, il ne faut pas se perdre, et reprendre en fait la même, on va se pencher sur la même démarche en adaptant pour trouver les différentes grandeurs. Donc si on se base sur un schéma, on a nos deux molécules d'eau, et puis on introduit toujours la longueur L2 entre les atomes d'oxygène et la longueur L1 de la liaison covalente entre l'hydrogène et l'oxygène. Très bien. Alors, à partir de là, on adapte, on nous donne bien L2, c'est la distance entre deux atomes d'oxygène, c'est 276 picomètres, mais on ne nous donne pas L1, on nous met sur la piste du moment dipolaire de la molécule, alors on ne donne pas directement L1, donc on va se pencher sur le moment dipolaire, d'autant plus que sa formule fait intervenir une longueur particulière pour déterminer L1, et ainsi remonter à la longueur de la liaison hydrogène. Alors, pour se pencher sur le moment dipolaire, on va se concentrer sur une molécule d'eau, alors ça c'est un calcul typique à faire, qui n'est pas vraiment très simple à aborder pour la première fois, donc on va y aller pas à pas. Si on considère une molécule d'eau, et bien pour calculer son moment dipolaire global, il faut le décomposer suivant les deux liaisons polarisées qui forment toutes les deux, un moment dipolaire distinct, P1 et P2, et donc là, le moment dipolaire global, et bien ça va être la somme des deux moments juste ici, P est égal à P1 plus P2. On a bien sûr l'angle total de liaison, enfin, entre les deux liaisons qui est de 104,5°, et on introduit la longueur qui nous intéresse ici, L1. OK, alors à partir de là, on a la formule du moment dipolaire qui est à connaître bien sûr par cœur, c'est P qui est égal à ΔED, Δ étant le pourcentage ionique de la liaison, E la charge élémentaire, et puis D la distance entre les deux atomes, donc ça va nous permettre d'exprimer bien sûr P1 et P2. Si on veut remonter, nous on nous donne la valeur du moment dipolaire global, donc P, en fait on va l'exprimer en fonction de la somme, P² c'est la norme de la somme au carré, donc on va dispatcher suivant la formule classique avec le produit scalaire, c'est donc la somme des normes plus deux fois le produit scalaire entre P1 et P2. Alors P1 en fait est égal à P2, donc c'est Δ²E²L1², d'après ce qu'on a posé précédemment, plus Δ²E²L1², et donc plus deux fois, et encore une fois, Δ²E²L1², fois le cosinus de l'angle entre les deux vecteurs, c'est bien α ici, l'angle entre les deux vecteurs là. Alors à partir de là, on va essayer d'isoler ce qu'on cherche, c'est-à-dire L1, donc on a P² qui est égal à 2 Δ²E²L1², facteur de 1 plus cos α, et donc finalement L1 c'est égal à P divisé par racine de 2 ΔE, fois 1 sur racine de 1 plus cos α. Et c'est bon, on a terminé, on n'a plus qu'à passer à l'application numérique, L1 vaut 97,7 picomètre, et finalement la longueur de liaison hydrogène dans le cas de la molécule d'eau solide, elle est de 178 picomètre, donc elle est plus grande que dans le fluorure d'hydrogène précédemment, voilà ce qu'on peut en dire. Merci beaucoup d'avoir suivi cette vidéo qui n'était vraiment pas simple, donc bien à retenir ce calcul très classique, mais vraiment pas automatique, du moment dipolaire en fonction de l'angle entre les deux liaisons, puis à partir de là c'est du calcul vectoriel. Donc voilà, merci beaucoup d'avoir suivi cette vidéo, et puis je vous dis à bientôt !

Longueur et moment

RELATED

Recommended videos

Température d'ébullition

Diastéréoisomères

Polarisabilité