Constitution et cohésion de la matière solide

[invite353297b2]

Bonjour,
Je suis élève en Première S et j ai plusieurs questions en physique. J'essaye d'être la plus claire possible mais c'est un peu compliqué vu la confusion qu'il y a dans ma tête. J'ai déjà posé les questions suivantes à mon prof mais soit il ne veut pas me répondre soit il me réexplique ce que j'ai compris.

Quelle est la différence entre une force électrostatique et une force électriques ?

Comment peut exister un solide ionique ? On me dit qu'un atome perd ou gagne un électron pour devenir stable donc un ion. Mais d'où proviennent les électrons et où vont ceux que l'atome perd ? J'ai compris dans le cas des molécules avec les liaisons covalentes et le principe de mise en commun d'électrons, mais pour les ions on m'a dit qu'ils existent dans une solution mais comment et pourquoi c'est possible dans un solide ? Je ne remet pas en cause l'existence de solide ionique mais je ne comprend pas le système. Pourquoi un élément va plutôt formé une molécule constituée d'ions (avec des liaisons ioniques) ou d'atomes (avec de liaisons covalentes) ?
Dans ma confusion j'ai compris qu'un élément doit être stable pour exister. Pour ce faire, il va former des molécules ioniques ou moléculaires. Ces molécules sont constituées de liaisons ioniques ou covalentes. Les liaisons covalentes peuvent être polaires ou apolaires. Les liaisons ioniques sont forcements polaires. Mais quel est le lien entre l'électronégativité et la cohésion des solides ?
J'ai compris que les ions des solides ioniques sont maintenu uni par la loi de Coulomb. Pour les solides moléculaires, on me parle des interactions de van der Waals et des liaisons hydrogènes mais je ne comprend pas leur rôle.

Quelles est la différence entre une force et une énergie ? J'ai entendu dire que la différence est actuellement en débat mais si quelqu'un peut m’éclairer je veux bien un peu d'aide.

Merci d'avance pour vos réponses
Cdlmt
Lisa
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[invite6dffde4c]

Bonjour et bienvenue au forum.
Les forces électrostatiques sont des forces électriques qui ne varient pas avec le temps. Dans le cas discuté ici, il n’y a pas de différence.

Dans une molécule ionique (il semblerait que le NaCl le soit), un atome a perdu totalement un électron (le sodium dans le NaCl) et est devenu positif, et le chlore a récupéré cet électron et devenu négatif. Les deux atomes chargés s’attirent (Coulomb). La molécule est évidement polaire.
Dans les molécules à liaisons covalentes, les atomes se partagent les derniers électrons. Ce partage peut être « équitable » comme dans le cas des gaz comme le O2 ou N2 ou la symétrie impose que les électrons soient partagés symétriquement. Ce n’est pas le cas pour des molécules formés avec des atomes différents. Par exemple, le CO2.

Le cas des solides est très différent à celui des gaz. Par exemple l’entourage d’un atome dans un cristal de NaCl est symétrique et toutes les forces électrostatiques se compensent. Quand on vous dit qu’un cristal ionique teint pas les forces de Coulomb, on vous raconte des bobards.
D’ailleurs, les cristaux ioniques ne sont pas plus stables que les solides covalents. La température de fusion du NaCl (qui fond à 1074 K) est relativement basse comparé à des solides non ioniques comme le sulfure de sodium qui fond à 1449 K.

À priori il n’il a pas de lien entre l’électronégativité et la cohésion des solides. Du moins je n’en ai jamais entendu parler (mais je ne suis pas chimiste).

La stabilité d’un solide vient de la répartition des derniers électrons qui change et s’élargit. Ceci permet d’avoir des états d’énergie plus basse dans les atomes.
Au revoir.

[invite353297b2]

Bonjour
Merci pour vos premières réponses

Si on considère que les forces attractives sont plus puissantes que les forces répulsives, pourquoi la loi de Coulomb n'explique pas la cohésion du solide ionique ?

Quel rôle à la liaison ionique ? Est-ce qu'elle permet justement le don ou la réception d'un électron ?

Si ce n'est pas les forces de Coulomb qui permettent au solide de tenir c'est quoi ?

Je ne comprend pas cette phrase : La stabilité d’un solide vient de la répartition des derniers électrons qui change et s’élargit. Ceci permet d’avoir des états d’énergie plus basse dans les atomes.

à bientôt
Lisa

[invite6dffde4c]

Re.
La loi de Coulomb est la même pour toutes les charges. Les forces attractives et répulsives ont la même valeur (au signe près, évidement).

Les liaisons ioniques n’ont pas de rôle. Pas plus que les covalentes. Une liaison est dite « ionique » si elle correspond au transfert d’un électron d’un atome à l’autre.

Deux atomes tiennent ensemble de la même façon que deux grains de sable mouillé tiennent ensemble. Dans le cas du sable, l’eau autour des grains diminue de surface ce qui diminue l’énergie totale sur à la tension superficielle.
Dans le cas d’une liaison covalente c’est le partage des électrons qui diminue leur énergie.

Et là, si on veut parler sérieusement il faut décrire le comportement des électrons dans les atomes et molécules. Ce ne sont pas des billes qui tournent. Il faut utiliser leurs propriétés de se comporter comme des ondes. Et les électrons dans un atome se trouvent « piégés dans un puits de potentiel formé par la charge positive du noyau. Ce puits se comporte comme une cavité. Et les dimensions de la cavité dépendent de l’énergie des électrons. Et la longueur d’onde des électrons dépend aussi de leur énergie. Les électrons forment une onde stationnaire dans cette cavité (un peu comme les ondes dans une corde de guitare ou une peau de tambour). Seules les énergies qui correspondent aux dimensions de la cavité et çà la longueur d’onde des électrons peuvent exister. C’est pour cela que les niveaux d’énergie dans les atomes est quantifiée.

Quand vous mettez deux atomes ensemble, la cavité se trouve élargie ce qui crée des états possibles avec des longueur d’onde des électrons un peu plus grande, ce qui correspond à des énergies plus faibles. Quand vous mettez deux atomes ensemble, les électrons descendent aux nouveaux états crées ce qui diminue l’énergie totale. Pour casser la molécule, il four fournir de l’énergie pour faire remonter les électrons aux niveaux des atomes seuls.

Si au lieu de deus atomes vous mettez un tas, pour faire un solide. L’ensemble fait une cavité beaucoup plus grande avec de tas de nouveaux niveaux plus faibles. Et ceci est aussi vrai pour des solides ioniques ou covalents. C’est ça qui maintient un solide.

Comme vous voyez, quant on donne des explications pour des gosses, c’est simple, mais ça ne tient pas début. Et si on veut donner les vrais explications ça devient tout de suite plus compliqué. Il faut utiliser le modèle ondulatoire de l’électron.

Je n’ai pas mentionné le fait que les modes d’oscillation dans un atome ou dans une molécule, sont bien plus compliqués que ceux d’une corde de guitare ou d’un tambour. Ils sont en 3 dimensions, et les bords de la boite ne sont pas nets
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite353297b2]

Pour la loi de Coulomb, oui c'est la même pour toute sauf que dans un solide comme le chlorure de sodium la distance entre qui un ion sodium et un ion chlorure est supérieure à la distance qui sépare deux ions chlores ou deux ions sodiums. Et si on applique la formule, il me semble que la force attractive est supérieure à la force répulsive ?

[invite353297b2]

Pour la loi de Coulomb, si on l'applique dans un solide ionique comme le chlorure de sodium les résultats ne sont pas égaux au signe près. La distance entre un ion sodium et un ion chlore est inférieure à la distance qui sépare deux ions chlores ou deux ions sodiums. Donc il me semble que si on applique la formule, la force attractive est supérieure à la force répulsive ?

[invite353297b2]

Les liaisons ioniques et moléculaires n'ont pas de rôle dans la cohésion des solides, mais ils en ont bien un dans l'existence des molécules. Je ne comprend pas la distinction entre les deux liaisons ... C'est juste à cause de leur électronégativité ? on m a dit que lorsque un élément est fortement électronégative alors la mise en commun d'électrons n'est plus possible pck l'atome arrache les électrons en communs à cause de la forte polarité. Donc les atomes deviennent des ions, mais comment ce fait-il que les ions soit encore lié entre eux (dans des solides)?

[coussin]

Je ne comprend pas la distinction entre les deux liaisons ...

Fondamentalement, il n'y a pas de différences entre ces deux types de liaison. Une liaison ionique est juste une liaison covalente dans laquelle les électrons sont partagés de manière très dissymétrique entre les atomes.

[invite353297b2]

Merci de votre réponse.
Du coup si je comprend bien un solide moléculaire et un solide ionique ne se différencie que par la présence d'atomes ou d'ions. Les charges locales sont présentes grâce aux différences d'électronégativités entre les éléments. Quand cette différence est très élevé la liaison ionique lie deux ions. Les solides ioniques existent grâce à la loi de Coulomb qui s'applique donc sur les ions. Les solides moléculaires existent grâce aux liaisons hydrogènes entre les molécules polaires et grâce également mais à moindre meure aux interactions de van der Waals.
La différence d'électronégativité entre les éléments conditionne le type de liaison qu'ils froment entre eux.

Est-ce que vous pouvez svp me dire si ce que je viens d'énoncer est correct ?