Cohésion des solides - Batterie lithium-ion

[invite860f3361]

Bonjour, j'ai un petit problème sur l'exercice suivant. En effet, je ne le comprends pas du tout. Je bloque particulièrement à toutes les questions sauf la 1.a.

Enoncé :

Les téléphones et ordinateurs portables sont souvent alimentés par des batteries lithium-ion qui offrent une grande autonomie. Un des électrolytes vendus pour les fabriquer, est une solution d'hexafluorophosphate de lithium, de concentration c=1,0 mol.L dans un solvant organique. Ce soluté, de formule LiPF6 est composé d'ions lithium et d'ions hexafluorophosphate.

1. a Le solvant organique utilisé est le carbonate de diéthyle ( photo ci-jointe ). Quels sont les atomes les plus électronégatifs dans cette molécule? Indiquer les liaisons polarisées.

Les atomes d'oxygène. Je ne sais pas les liaisons polarisées ...

b. Le carbonate de diéthyle est-il un solvant polaire ou apolaire?

c. Justifier la solubilité de l'hexafluorophosphate dans ce solvant.

3. Ecrire l'équation de dissolution du solide ionique LiPF6 dans ce solvant. On notera ( solv) à la place de (aq)

4. Quelles sont les concentrations des ions dans l'électrolyte?

Je vous remercie d'avance, des explications, démarches ou précisions sur les questions me suffiraient amplement.
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[moco]

Le carbonate de diéthyle est un solvant polaire puisqu'il contient des liaisons CO, qui sont polarisées par définition, bien que leur disposition dans l'espace doive être prise en compte.
Les solvants polaires dissolvent facilement les sels, et le fluophosphate de lithium est un sel.
La dissolution de ce sel forme les ions Li+ et PF6-. Et leur concentration est la même que celle du sel donc 1 mol/L.

[invite860f3361]

Merci! Mais pourquoi la formule de l'ion, c'est (PF6)-? Merci d'avance

[Patzewiz]

Bonjour,

Pour assurer la neutralité électrique face aux ions Li⁺. Ou parce qu'on peut considérer que c'est la combinaison de P⁵⁺ avec 6 F^-.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite860f3361]

Mais pourquoi P5+ car le 6 ne porte que sur le F?

[moco]

Oh la, la ! On dirait que tu as de la peine avec des notions fondamentales. On va repartir du tout début.

Le phosphore P est entouré de 5 électrons sur sa dernière couche, puisqu'il est situé dans la 5ème case de sa ligne. Il peut fort bien se relier à 5 atomes de fluor F, en formant 5 liaisons de covalence P-F, et cela forme la molécule de fluorure de phosphore PF5. Cette molécule existe et chaque covalence y est polarisée négativement en direction de l'atome le plus électronégatif (ici le fluor). Donc chaque atome de fluor est porteur d'une charge partielle delta moins, et le phosphore de 5 charges partielles delta plus. Le degré d'oxydation du phosphore est la somme de toutes les charges, partielles ou totales, que porte cet atome. Le phosphore est donc au degré d'oxydation +5. Et chaque fluor est au degré d'oxydation -1. Arrivé à ce point on y explique la structure de PF5, et il vaut la peine de voir que cette molécule ne respecte pas la règle de l'octet.

D'autre part j'espère que tu vois sans trop d'explication que le lithium Li et le fluor F forment une molécule LiF, formée de deux ions Li+ et F-.

Or on observe que quand on met LiF au contact de PF5, il se forme une nouvelle substance LiPF6 par addition des deux premières, et sans changement de degré d'oxydation. Cette addition est un fait, et il n'est pas simple de l'expliquer sans recourir aux orbitales moléculaires, dont je ne suis pas sûr que tu maîtrises le sujet. Quoi qu'il en soit, fun peux simplement admettre que P s'entoure d'un 6ème atome F, qui cette fois est un ion fluor F-. Cela forme l'ion PF6^-, et il reste non loin de là l'ion lithium Li+, qui reste attiré par le ion F- fixé autour du phosphore.

[invite860f3361]

Je vous remercie, mais je vais redemander à ma prof' car j'ai l'impression qu'il me manque des bases.