Liaisons faibles et température d'ébullition

[jangkuun]

Bonsoir à vous les chimistes !

Je fais actuellement face à deux problèmes auxquels j'ai essayé d'apporter une solution mais je ne suis pas sûr que ce soit la bonne. Pourriez-vous m'aider s'il vous plait

La 1ère :

Soient les molécules suivantes CH3F ; CH3Cl; CH3Br; classez ces molécules dans l'ordre croissant des températures d'ébullition :

Mes pistes sont les suivantes :
- Je remarque d'abord qu'il s'agit de liaisons polaires dans les molécules et qu'il y a donc présence des 3 forces de Van der Waals. Or il est dit dans mon cours que lorsqu'il s'agit de même type de liaison, la température d'ébullition suit l'ordre croissant de la masse molaire ainsi j'obtiens : T(CH3F)<T(CH3Cl)<T(CH3Br). Je suppose que ce classement soit relié à l'électronégativité mais je ne comprends pas pourquoi.

La seconde :

Soient les molécules suivantes: (1) C2H5-O-C2H5 et (2) CH3-CH2-CH2-OH ; quelle molécule possède la température d'ébullition la plus importante ?
Je remarque en premier lieu que 1 & 2 possèdent un oxygène => Présence de doublets non liants sur chacun des oxygènes
Ceci veut donc dire (du moins je pense) qu'il est possible pour 1 & 2 de faire des liaisons hydrogènes.
Or je pense que 1 est une molécule apolaire mais je ne sais pas si une molécule apolaire peut effectuer une liaison hydrogène avec un autre atome.

Je vous remercie d'avance,
Cordialement,
-----

[Kemiste]

Bonjour

Soient les molécules suivantes CH3F ; CH3Cl; CH3Br; classez ces molécules dans l'ordre croissant des températures d'ébullition :

Mes pistes sont les suivantes :
- Je remarque d'abord qu'il s'agit de liaisons polaires dans les molécules et qu'il y a donc présence des 3 forces de Van der Waals. Or il est dit dans mon cours que lorsqu'il s'agit de même type de liaison, la température d'ébullition suit l'ordre croissant de la masse molaire ainsi j'obtiens : T(CH3F)<T(CH3Cl)<T(CH3Br). Je suppose que ce classement soit relié à l'électronégativité mais je ne comprends pas pourquoi.

Comme tu l'indiques cela dépend juste de la masse molaire. Plus une molécule va être lourde plus il lui faudra d'énergie pour être en phase vapeur. La masse d'un atome de Br est plus élevée que celle d'un atome de Cl qui est elle-même plus élevée que de celle d'un atome de F. D'où le classement.

Soient les molécules suivantes: (1) C2H5-O-C2H5 et (2) CH3-CH2-CH2-OH ; quelle molécule possède la température d'ébullition la plus importante ?
Je remarque en premier lieu que 1 & 2 possèdent un oxygène => Présence de doublets non liants sur chacun des oxygènes
Ceci veut donc dire (du moins je pense) qu'il est possible pour 1 & 2 de faire des liaisons hydrogènes.
Or je pense que 1 est une molécule apolaire mais je ne sais pas si une molécule apolaire peut effectuer une liaison hydrogène avec un autre atome.

Le présence d'un doublet non liant est-elle suffisante pour faire une liaison H ? Dans chaque molécule, quels seraient les atomes impliqués dans la liaison H ?

[jangkuun]

Bonjour,

Merci de ta réponse concernant ma première question. Quant à la 2ème, les caractéristiques pour effectuer une liaison hydrogène sont les suivantes :

Xl-----HX avec X: N;O ou F. Ce qui me donne :
pour (2) : OH qui va pouvoir former une liaison hydrogène avec un autre atome Xl d'une autre molécule
pour (1) O qui va fournir un doublet non liant à une molécule ayant une partie HX
Donc elles peuvent toutes les deux faire des liaisons H ?

[Kemiste]

Xl-----HX avec X: N;O ou F. Ce qui me donne :
pour (2) : OH qui va pouvoir former une liaison hydrogène avec un autre atome Xl d'une autre molécule
pour (1) O qui va fournir un doublet non liant à une molécule ayant une partie HX
Donc elles peuvent toutes les deux faire des liaisons H ?

Ici il y a soit seulement CH₃CH₂CH₂OH soit seulement C₂H₂OC₂H[SUB]2[/SUB. Les liaisons H se font donc entre les mêmes molécules. Quelles liaisons H peuvent donc être faites entre CH₃CH₂CH₂OH ? Idem avec C₂H₂OC₂H₂ ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[jangkuun]

Du coup pour C2H2OC2H2 :
on ne peut pas avoir de liaison H puisqu'on a pas d'hydrogène avec une charge partielle positive
Pour CH3CH2CH2OH :
on ne peut également pas avoir de liaison H puisque le H de l'hydroxyle n'a aucun doublet pour se greffer

Mais du coup, si ceux ne sont pas les forces H qui prédominent, la température d'ébullition de CH3CH2CH2OH sera plus importante à cause des forces de Keesom puisqu'il s'agit d'une molécule polaire alors que pour C2H2OC2H2 ce n'est pas le cas ?

[Kemiste]

Du coup pour C2H2OC2H2 :
on ne peut pas avoir de liaison H puisqu'on a pas d'hydrogène avec une charge partielle positive

Oui

Pour CH3CH2CH2OH :
on ne peut également pas avoir de liaison H puisque le H de l'hydroxyle n'a aucun doublet pour se greffer

Non

Tu as ici l'exemple typique de la liaison H. Tu vas avoir formation d'une liaison H entre le H du O-H d'une molécule et le O du O-H d'une autre molécule. Tu as donc ici des interactions intermoléculaire plus fortes que dans l'autre cas.

[jangkuun]

Du coup si j'ai bien compris,:
- liaison hydrogène part de l'hydrogène vers un doublet non liant
- sans H avec une charge partielle +, il n'y a pas de liaison H (puisqu'elle provient de H et ce malgré la présence la présence N,O,F portant des doublets non liants mais reliés à des C par exemple)
- Un atome N,O,F n'est pas suffisant pour faire une liaison H puisqu'elle la "reçoit" et donc ne la "crée" pas

Ainsi par exemple :
F2 ne peut pas faire de liaison H puisqu'il ne possède pas de H avec une charge partielle +

Donc pour par exemple : F-F + H-O-H
H2O fait des liaisons hydrogènes et F2 non

C'est bien ça ?

Désolé d'insister je suis un peu perdu ^^'

[Opabinia]

Bonjour,

- Je remarque d'abord qu'il s'agit de liaisons polaires dans les molécules et qu'il y a donc présence des 3 forces de Van der Waals. Or il est dit dans mon cours que lorsqu'il s'agit de même type de liaison, la température d'ébullition suit l'ordre croissant de la masse molaire ainsi j'obtiens : T(CH3F)<T(CH3Cl)<T(CH3Br). Je suppose que ce classement soit relié à l'électronégativité mais je ne comprends pas pourquoi.

Dans la séquence (CH₃F , CH₃Cl , CH₃Br) le moment dipolaire (µ) diminue, mais la polarisabilité (α) des molécules augmente, et l'effet de dispersion lié à ce dernier paramètre doit être prépondérant en ce qui concerne l'énergie des attractions de Van der Waals; il faut donc s'attendre à une augmentation des températures normales d'ébullition.
Ce que confirment les données expérimentales: -78.4 °C _ -24.2 °C _ +3.56 °C
Les attractions intermoléculaires n'ont rien à voir avec la masse des molécules ⁽¹⁾;
l'augmentation de la polarisabilité dans cette séquence résulte de l'intervention de deux facteurs:
a) la diminution de l'électronégativité de l'un des atomes présents: les nuages électroniques des molécules se déforment d'autant plus dans un champ électrique donné que les atomes présents sont moins électronégatifs;
b) l'augmentation du volume moléculaire, qui favorise aussi l'aptitude des molécules à de déformer dans un champ électrique: des molécules de plus en plus grosses, donc contenant un nombre total d'électrons croissant, sont de plus en plus polarisables;
Ce facteur n'intervient en fait que pour le dernier terme: v_mol = 3.68E-23 _ 3.63E-23 _ 3.97E-23 cm³ ;
on aurait pu prendre aussi pour comparaison le covolume (b) de l'équation d'état de Van des Waals:

(P + a/v²)(v - b) = RT .

Soient les molécules suivantes: (1) C2H5-O-C2H5 et (2) CH3-CH2-CH2-OH ; quelle molécule possède la température d'ébullition la plus importante ?
Je remarque en premier lieu que 1 & 2 possèdent un oxygène => Présence de doublets non liants sur chacun des oxygènes
Ceci veut donc dire (du moins je pense) qu'il est possible pour 1 & 2 de faire des liaisons hydrogènes.

Il s'agit de deux isomères fonctionnels: on y retrouve les atomes des mêmes éléments et en même nombre C₄H₁₀O); il faut donc s'attendre, pour les 2 sortes de molécules, à des volumes, des polarités et polarisabilités comparables; donc à les attractions de Van der Waals du même ordre de grandeur.
Par contre, la présence du groupement hydroxyle (OH) dans l'alcool conduit à la formation de ponts hydrogène exclusivement intermoléculaires; ceux-ci, en s'ajoutant aux attractions de Van der Waals, renforcent considérablement les attractions intermoléculaires et cela doit se traduire par une nette augmentation de certaines propriétés physiques: température d'ébullition, enthalpie de vaporisation, viscosité et tension superficielle du liquide.

Et₂O: _________ µ = 1.10 D _ t_e = 34.6 °C ;
EtCH₂CH₂OH: __ µ = 1.66 D _ t_e = 117 °C .

(1) Exemple de 2 molécules tétraédriques apolaires, à même nombre total d'électrons (72):
CF4: ________ M = 88.00 g/mol _ t_e = -127.8 °C
C(CH3)4: ____ M = 72.15 g/mol _ t_e = +9.5 °C

[Kemiste]

Ainsi par exemple :
F2 ne peut pas faire de liaison H puisqu'il ne possède pas de H avec une charge partielle +

En effet, sans H pas de liaison hydrogène possible.

Donc pour par exemple : F-F + H-O-H
H2O fait des liaisons hydrogènes et F2 non

Deux cas possibles ici, H₂O peur faire une liaison hydrogène avec une autre molécule H₂O (on aura l'enchainement O-H....O) et H₂O peut également faire une liaison hydrogène avec F₂ (on aura l'enchainement O-H....F).

Une liaison H peut se faire entre deux molécules identiques, deux molécules différentes ou au sein de la même molécule.

Les attractions intermoléculaires n'ont rien à voir avec la masse des molécules ⁽¹⁾;

Ce n'est pas ce qui a été dit, mais que pour des molécules similaires le poids allait dans le sens de la température d'ébulition.

[Opabinia]

Pour que la formation d'un pont hydrogène soit possible, il faut:
a) une liaison (H-A) fortement polarisée, donc impliquant un atome (ou un groupement d'atomes) d'électronégativité élevée; en pratique, le premier atome présent est le plus souvent un atome d'oxygène ou d'azote;
b) un doublet d'électrons dont le nuage est relativement compact et de petites dimensions, et présente une densité de charge négative assez forte; il s'agira le plus souvent du doublet non-liant porté par un atome d'un élément de la seconde période, soit (O) ou (N).

La liaison hydrogène interviendra chaque fois que ces deux éléments de structure sont présents.

Exemples classiques de la chimie organique:
R-OH, R-NH₂, R-NH-R', R-COOH, R-CONH₂, R-CO-NH-R', ...
Pour la chimie minérale:
HO-OH (peroxyde d'hydrogène), HO-NH₂, RO-NH₂ (hydroxylamine et dérivés) ...
H₂N-NH₂, RNH-NHR' (hydrazine et dérivés) ...
HO-NO₂ (acide nitrique), HO-SO₂-OH (acide sulfurique), R-SO₂-OH (acides sulfoniques)
HO-ClO₃, OP(OH)₃ (acides perchlorique, phosphorique) ... etc.

[Opabinia]

Ce n'est pas ce qui a été dit, mais que pour des molécules similaires le poids allait dans le sens de la température d'ébulition

Moi je veux bien, mais tu as cependant présenté un rapport de causalité directe entre la masse et les attractions intermoléculaires:

ccela dépend juste de la masse molaire. Plus une molécule va être lourde plus il lui faudra d'énergie pour être en phase vapeur. La masse d'un atome de Br est plus élevée que celle d'un atome de Cl qui est elle-même plus élevée que de celle d'un atome de F. D'où le classement.

L'explication était vraiment choquante.

[Kemiste]

Ce n'est pas ce que j'ai dit. Plus quelque-chose sera lourd plus il lui faudra d'énergie pour le mettre en mouvement. C'est indépendant des interactions intermoleculaires. C'est assez classique comme constat.

[Opabinia]

Deux cas possibles ici, H2O peur faire une liaison hydrogène avec une autre molécule H2O (on aura l'enchainement O-H....O) et H2O peut également faire une liaison hydrogène avec F2 (on aura l'enchainement O-H....F).

As-tu des références concernant d'éventuels hydrates de difluor, ou d'autres structure présentant les ponts en question ?
Le corps simple décompose rapidement l'eau, et la molécule F₂ est faiblement polarisable, compte tenu de la très forte électronégativité des atomes présents.

Les seuls exemples connus impliquant directement l'élément sont l'anion hydrogénodifluorure (HF₂^-), le fluorure d'ammonium solide -(NH₄⁺, F^-) et le fluorure d'hydrogène (HF_sol, H₆F_6gaz, ...)
Mais enfin la chimie ne manque pas d'exemples exotiques, que je ne demande pas mieux que de connaître ...

[Kemiste]

As-tu des références concernant d'éventuels hydrates de difluor, ou d'autres structure présentant les ponts en question ?
Le corps simple décompose rapidement l'eau, et la molécule F₂ est faiblement polarisable, compte tenu de la très forte électronégativité des atomes présents.

Les seuls exemples connus impliquant directement l'élément sont l'anion hydrogénodifluorure (HF₂^-), le fluorure d'ammonium solide -(NH₄⁺, F^-) et le fluorure d'hydrogène (HF_sol, H₆F_6gaz, ...)
Mais enfin la chimie ne manque pas d'exemples exotiques, que je ne demande pas mieux que de connaître ...

Vu que la personne ne semble pas maitriser ces subtilités j'ai été au plus simple pour lui expliquer le concept de liaison H sans entrer dans la réactivité... Merci je connais la réactivité du fluor... Apparemment on cherche la petite bête aujourd'hui !

[Opabinia]

Ce n'est pas ce que j'ai dit. Plus quelque-chose sera lourd plus il lui faudra d'énergie pour le mettre en mouvement. C'est indépendant des interactions intermoléculaires. C'est assez classique comme constat.

La vaporisation d'un liquide n'est pas une mise en mouvement, mais la transition entre deux états désordonnés où les molécules sont animées d'une agitation thermique permanente.
On passe d'un état condensé, où les molécules sont en contact avec leurs plus proches voisines, à un état dilué dans lequel les distances intermoléculaires sont beaucoup plus grandes.

Le bilan thermique relatif au changement d'état est en relation directe avec l'énergie des attractions intermoléculaires, qui s'opposent à l'éloignement mutuel des molécules.

Et les contre-exemples ne manquent pas, même s'ils se cantonnent par nécessité à des catégories bien délimitées:

# C₂H₆: _ M = 30.07 g/mol _ Te = -88.6 g/mol
# F₂: ___ M = 38.00 g/mol _ Te= -188 °C

# CH(CH₃)₃: _ M = 58.12 g/mol _ Te = -11.7 °C
# NF₃: _____ M=71.00 g/mol _ Te = -129.1 °C

[Kemiste]

Comme je l'ai dit dans mon message précédent, je parle de molécules similaires. Il est évident que pour des molécules totalement différentes ce sont d'autres paramètres qui interviennent...

[jangkuun]

Merci à vous pour vos réponses, je pense que si l'énoncé me propose que deux molécules, chacune d'entre elle réagira avec une autre molécule qui lui est identique ce qui me permettra de déterminer la température d'ébullition en fonctions des forces appliquées .
une bonne soirée !

[Opabinia]

je parle de molécules similaires. Il est évident que pour des molécules totalement différentes ce sont d'autres paramètres qui interviennent...

Il s'agit de molécules de formes et de symétrie comparables, iso-électroniques au sens large - c'est à dire contenant le même nombre total d'électrons.
C'est bien le point de vue adopté pour faire apparaître les anomalies dues aux liaisons hydrogène, par la comparaison des séquences

CH₄ / NH₃ / OH₂ / FH / Ne , et
SiH₄ / PH₃ / SH₂ / ClH / Ar , ... etc .

Seul le nombre d'atomes d'hydrogène peut varier, la liaison (X-H) remplaçant (ou étant remplacée par) un doublet non-liant.

La comparaison n'aurait aucun sens, en l'absence de toute parenté.

[Kemiste]

Les molécules similaires ce sont par exemple ceux qui ont été citées CH₃F, CH₃Cl, CH₃Br ou encore méthane, éthane, propane, pentane... On a des interactions similaires et une température d'ébullition qui suit la masse molaire.

[Opabinia]

PS: Je découvre à l'instant une coquille dans le message #10:

sur la ligne "H2N-NH2, RNH-NHR' (hydroxylamine et dérivés) ... "

lire "hydrazine et dérivés"

[Kemiste]

PS: Je découvre à l'instant une coquille dans le message #10:

sur la ligne "H2N-NH2, RNH-NHR' (hydroxylamine et dérivés) ... "

lire "hydrazine et dérivés"

Je l'ai corrigé.