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Physique-Chimie

Chimie

Interactions moléculaires

Dans cette vidéo, nous étudions les propriétés physiques des halogènes. Nous cherchons à corréler l'évolution des températures de changement d'état des dihalogènes aux rayons de Van der Waals des atomes correspondants. Les températures de fusion et d'ébullition dépendent des interactions entre les molécules. Dans le cas des halogènes, les interactions de type Van der Waals sont à l'œuvre, en particulier les interactions de type London. Ces interactions dépendent de la taille du nuage électronique. Plus le nuage électronique est gros, plus les interactions de London sont fortes et plus les températures de fusion et d'ébullition sont élevées. 
Dans un autre exercice, nous étudions l'évolution des températures de fusion pour des espèces de formule Cx4. Les interactions en jeu sont toujours de type London. Lorsque le volume de polarisabilité des liaisons Cx augmente, les températures de fusion augmentent également. 
Enfin, nous analysons l'évolution des températures de fusion pour des espèces chlorées. Les interactions entre molécules sont de type qui somme, dipôle permanent. En gardant des interactions de type London, la température de fusion augmente lorsque le volume de polarisabilité et la norme du moment dipolaire augmentent.
Cet exercice permet de comprendre et d'analyser les interactions moléculaires en fonction des observations expérimentales.

Bonjour à tous, c'est Mathis de Studio et dans cette vidéo on va se pencher sur les propriétés physiques des halogènes. La première question nous demande de corréler l'évolution des températures de changement d'état des dihalogènes à celles des rayons de Van der Waals des atomes d'halogènes correspondants. Alors, en fonction des différentes espèces, on nous donne le rayon de Van der Waals des halogènes et puis les températures de fusion et d'ébullition des dihalogènes. Alors, on se rappelle du raisonnement en ce qui concerne les différentes températures d'ébullition et de fusion, les températures de changement d'état, et bien pour les ramener au rayon de Van der Waals, il faut connaître bien sûr la définition du rayon de Van der Waals, il s'agit du rayon d'une sphère théorique qui peut en théorie être utilisée pour modéliser l'atome correspondant. Donc, bien sûr, c'est une approximation, un peu comme l'approximation de Bohr, et donc ça représente environ la taille du nuage électronique correspondant si c'était une sphère parfaite. Alors, comment est-ce qu'on peut le relier à la température de fusion et d'ébullition ? Eh bien, on reprend le schéma typique, on se souvient, plus les interactions entre les molécules sont fortes, plus il faut d'énergie pour les remplir, et donc plus la température de fusion et d'ébullition sera élevée. Eh bien, ici, bien sûr, la question qui vient naturellement à l'esprit, c'est quelles interactions sont à l'oeuvre ici ? Alors, pour les interactions de type Van der Waals, ici, ce ne sont pas des interactions de type quissomme, vu que les dialogènes sont apolaires, on a deux mêmes atomes qui se regardent, donc c'est bien sûr apolaire. Pour les types de Bai, donc dipôle permanent, dipôle induit, ici on n'a pas de dipôle permanent, donc il ne peut pas s'agir des interactions de type de Bai. Par contre, il y a bien sûr des interactions de type London. On se rappelle, ce sont des interactions de type dipôle instantané, dipôle induit. Alors, je vais rappeler ce que c'est la notion de dipôle instantané, ce n'est pas vraiment naturel comme manière de raisonner. En fait, il faut considérer que le nuage électronique est sans cesse en mouvement autour du maillot. Donc, à partir de là, les électrons ne représentent pas le nuage électronique, le nuage électronique n'est pas représenté par une sphère parfaite à tout instant. En fait, vu que les électrons bougent dans tous les sens, si on fixe à un instant t, il peut y avoir, par exemple, beaucoup d'électrons sur la gauche, comme par ici, et peu d'électrons sur la droite. On n'a pas une sphère parfaite, ce n'est pas uniformément répartie, donc à partir de là, il peut y avoir différents mouvements du nuage électronique. Or, si on pose à l'instant t, ici, il y a une différence de charge entre le côté droit et le côté gauche de l'atome. Donc, à ce moment-là, il va y avoir un petit moment dipolaire qui va être instantané. C'est-à-dire qu'à l'instant t, on a effectivement une petite différence de charge, donc un moment dipolaire instantané. Or, si on a, on se rappelle, c'est le même raisonnement que pour le dipôle permanent, dipôle induit, si on a une molécule ici qui n'est pas polarisée à côté, le fait d'avoir une molécule instantanément polarisée, ça va interférer et leurs champs électriques, leurs moments, vont s'aligner et ça va induire un phénomène de dipôle sur la molécule d'à côté. Voilà pourquoi on parle de dipôle instantané, dipôle induit. Alors, en quoi les interactions de type London sont-elles en relation avec le rayon de Van der Waals ? Eh bien, les interactions de London sont d'autant plus fortes que le nuage électronique est gros. Puisque plus il est gros, plus il va pouvoir avoir de dispersion à un instant t. Vous vous rendez compte que si on a beaucoup, beaucoup d'électrons dans un nuage électronique, eh bien à un instant t, statistiquement, c'est assez peu probable, mais on pourrait avoir une grosse, grosse différence spatiale de répartition de charge que si on avait que quelques électrons. Donc, l'interaction de London est d'autant plus forte que le nuage électronique est gros. Ça, c'est vraiment une notion claire et précise à comprendre et à retenir. Donc, les températures de fusion et d'ébullition augmentent lorsque le rayon de Van der Waals considéré augmente. Très bien. Maintenant, deuxième question. Le tableau ci-dessous donne les températures de fusion du méthane et de quelques-uns de ses dérivés. Il faut analyser l'évolution des températures de fusion pour les espèces de formule Cx4. Donc ici, CH4, CF4, CCL4. Donc, on voit qu'en fonction de l'atome considéré, la température de fusion va baisser ou augmenter. Et on nous donne des données de volume de polarisabilité α' des liaisons Cx. Donc, on se rend compte que lorsque le volume de polarisabilité augmente, eh bien la température de fusion va augmenter également. Alors, comment est-ce qu'on peut raisonner là-dessus ? Eh bien, c'est exactement la même démarche. Quelles interactions ? À chaque fois, il faut se poser sur quelles interactions sont à l'œuvre ici. Est-ce que c'est du type qui somme ? Non. Il n'y a toujours pas de moment dipolaire. Dubai ? Toujours pas. Par contre, c'est toujours London. Or, bien sûr, on a vu que plus le nuage était gros, plus il était déformable à un instant T. Donc, la température de fusion va augmenter lorsque α' va augmenter. Le volume de polarisabilité va augmenter. Et pour la question B, il faut interpréter pour les 4 espèces chlorées. Donc, juste ici, CHCl4, CHCl3, CHCl2 et CH3Cl. Donc, on voit que la température diminue progressivement au fur et à mesure que on retire, on remplace des atomes de chlore par un atome d'hydrogène. Alors là, attention, il y a un petit raisonnement à avoir. On garde la même chose. Cette fois, on a des types qui somme qui vont se mettre en place. C'est pour ça qu'on a une grosse différence entre CCl4 qui n'est pas polaire à CHCl3 qui, là par contre, a un moment dipolaire. Eh bien, on passe à des interactions de type qui somme, dipôle permanent, dipôle permanent, en gardant toujours des interactions de type London. Donc, qui sont d'ailleurs les types qui somme de plus en plus fortes que le moment, le moment du, pardon, la norme du moment dipolaire est importante. Donc, la température de fusion augmente lorsque le volume de polarisabilité augmente et la norme du moment dipolaire augmente également. Voilà, cet exercice résume bien la manière dont on, c'est un exercice vraiment typique où on pose différentes grandeurs et différents relevés expérimentaux qu'il faut savoir analyser à partir de ce qu'on sait manipuler, c'est-à-dire les interactions moléculaires à l'échelle, justement, de ces molécules. Et à partir de là, il faut les manipuler pour rendre compte des différentes observations expérimentales. Merci beaucoup d'avoir suivi cette vidéo et puis je vous dis à bientôt.

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