Les forcesintramoléculaires sont les forces qui maintiennent les atomes ensemble au sein d'une molécule. Les trois types de forces intramoléculaires
Les trois types de forces intramoléculaires sont les liaisons covalentes, les liaisons ioniques et les liaisons métalliques.
Il s'agit d'une vue d'ensemble desforces int ramoléculaires et d'une introduction spécifique à la relation entre les forces intramoléculaires et l'énergie potentielle .
L'énergie potentielle, dans ce contexte, fait référence à l'énergie stockée dans les liaisons.
- Nous expliquerons d'abord les liaisons covalentes polaires et non polaires
- Ensuite, nous verrons comment la longueur des liaisons covalentes est liée à l'énergie potentielle.
- Enfin, nous examinerons brièvement quelques exemples d'interaction entre l'énergie potentielle et les liaisons co valentes.
Tu as peut-être remarqué que les trois types de forces intramoléculaires sont exactement la même chose que les trois types de liaisons chimiques. Les types de liaisons chimiques que tu connais sont en effet les forces qui maintiennent ensemble les atomes d'une molécule. Les liaisons chimiques sont appelées forces intramoléculaires pour les différencier des forces intermoléculaires qui existent entre les molécules. Consulte la rubrique Types de liaisons chimiques pour plus de détails sur la formation des liaisons covalentes, ioniques et métalliques et la rubrique Forces intermoléculaires pour en savoir plus sur les différents types de forces intermoléculaires !
Forces intramoléculaires : Les liaisons covalentes polaires et non polaires
Avant d'aborder les différents types de liaisons covalentes , assurons-nous que nous sommes bien d'accord sur ce qu'est une liaison covalente.
Lesliaisons covalentes se produisent entre deux atomes qui ont des électronégativités similaires et sont formées par le partage d'électrons entre les atomes.
Non seulement il est essentiel de comprendre ce qu'est une liaison covalente, mais il est nécessaire de saisir comment ce partage se produit. Dans une molécule, la charge négative de la paire d'électrons partagée est attirée par la charge positive des noyaux des deux atomes.
En plus de l'attraction entre les électrons et les noyaux, deux autres forces sont en jeu dans une molécule :
- la répulsion des électrons chargés négativement dans chaque atome
- la répulsion des noyaux chargés positivement de chaque atome.
Imagine que toi et un ami partagiez une glace un après-midi. Si vous en aviez vraiment envie tous les deux, vous prendriez probablement chacun une portion égale. Si tu as vraiment envie de glace, tu peux prendre plus que ta part égale (c'est normal, nous le ferions tous !). Ce partage égal ou inégal est la différence entre les liaisons covalentes non polaires et polaires. Même si les liaisons covalentes sont constituées d'électrons partagés, les atomes ne partagent pas toujours les électrons de façon égale.
Liaisons covalentes non polaires
Les liaisons covalentesnon polaires sont un type de liaison chimique qui se forme lorsque les électrons sont partagés également entre les atomes
Dans le scénario de la crème glacée ci-dessus, une liaison non polaire est représentée si toi et ton ami partagiez également la crème glacée, sauf que toi et ton ami seriez deux atomes, et que les portions de crème glacée seraient vos électrons. C'est généralement le cas dans les liaisons entre deux atomes identiques, commeH2 ou N2. Mais pourquoi les électrons sont-ils partagés de façon égale ?
C'est à cause d'un concept appelé électronégativité.
L'électronégativité désigne la capacité d'un atome à attirer les électrons à lui. Elle existe sur une échelle et constitue une tendance périodique.
Lorsque deux atomes ont des électronégativités similaires, cela signifie que la force d'attraction des deux atomes vers les électrons partagés est égale, et donc que les électrons restent essentiellement au milieu et sont partagés de manière égale, comme on l'a vu ci-dessus dansH2.
Liaisons covalentes polaires
Lesliaisons covalentes pol aires sont un type de liaison chimique qui se forme lorsque les électrons sont partagés de façon inégale entre les atomes.
| Liaisons non polaires | Liaisons polaires | |
| Partage des électrons | égal | inégal |
| Force | plus faible | plus forte |
| Différence d'électronégativité | très faible (>0,4) | plus grande (<0,4) |
| Exemples courants | H2, N2, I2 | H2O |
Pour obtenir une explication plus détaillée des liaisons covalentes polaires et non polaires, consulte la rubrique Liaisons covalentes polaires et non polaires !
Quelle est la définition de l'énergie potentielle ?
Maintenant que nous avons eu l'occasion d'en apprendre davantage sur les liaisons covalentes polaires et non polaires, nous allons définir comment l'énergie potentielle joue un rôle dans les forces intramoléculaires (liaisons chimiques). Rappelle-toi que l'énergie potentielle est l'énergie stockée dans les liaisons. La quantité d'énergie potentielle dans une liaison covalente spécifique change en fonction de la longueur de la liaison et de l'équilibre des forces attractives et répulsives entre les atomes.
Les atomes qui n'ont pas d'orbitales d'électrons de valence complètes sont dans un état de haute énergie et essaient d'atteindre une énergie plus basse par le biais de liaisons pour devenir plus stables. Plus les forces répulsives et attractives sont déséquilibrées et, comme nous le verrons, plus vous vous éloignez du milieu d'une courbe d'énergie potentielle, plus l'énergie potentielle des atomes est élevée.
Nous allons passer un peu de temps sur ce sujet et détailler ce qu'est la longueur des liaisons et comment l'envisager en termes d'énergie potentielle.
Comment l'énergie potentielle des forces intramoléculaires est-elle liée à la longueur des liaisons ?
Lorsque nous pensons à l'énergie potentielle des forces intramoléculaires, nous pouvons utiliser une courbe d'énergie pour représenter l'énergie potentielle en fonction de la longueur de la liaison .
Lalongueur de la liaison est la distance moyenne entre les deux noyaux des atomes dans une liaison covalente.
Deux facteurs principaux influencent la longueur d' une liaison covalente :
- le type de liaison covalente : simple, double ou triple (c'est ce qu'on appelle l'ordre des liaisons).
- si l'ordre des liaisons est le même, la taille de l'atome détermine la longueur.
En général, la règle empirique veut que plus l'ordre des liaisons augmente, plus la longueur des liaisons diminue et plus la force des liaisons augmente.
Nous allons rapidement explorer le pourquoi de la règle empirique mentionnée ci-dessus.
Les liaisons covalentes simples, doubles et triples font référence au nombre de paires d'électrons partagées dans chaque liaison.
Liaisons simples = 1 paire partagée
Liaisons doubles = 2 paires partagées
Liaisons triples = 3 paires partagées
Alors, en gardant ces informations à l'esprit, pourquoi la longueur des liaisons diminue-t-elle à mesure que l'ordre des liaisons augmente ?
À mesure que le nombre d'électrons partagés augmente dans l'ordre des liaisons, l'attraction entre les deux atomes devient plus forte et ils se rapprochent, ce qui réduit la distance qui les sépare.(longueur de la liaison) !
Dans le même ordre d'idées, lorsque l'ordre des liaisons augmente et que l'attraction entre les atomes s'accroît, cela crée une liaison plus forte car il faut plus d'énergie pour séparer les atomes rapprochés.
Tu te dis probablement, d'accord, mais quel est le rapport entre tout cela et l'énergie potentielle? C'est là qu'intervient le diagramme d'énergie mentionné plus haut.
Diagramme de l'énergie potentielle. StudySmarter Original.
Décortiquons ce que cette courbe d'énergie potentielle nous montre. Tout d'abord, elle affiche la relation entre la distance internucléaire (longueur de liaison) et l'énergie potentielle. Comme nous pouvons le voir, les deux atomes peuvent se trouver dans trois phases différentes :
Supposons que les atomes soient très proches, comme les deux atomes les plus à gauche. Dans ce cas, la distance internucléaire est très faible et les forces de répulsion entre les deux noyaux sont très fortes, ce qui explique pourquoi l'énergie potentielle est si élevée.
Au fur et à mesure que la distance internucléaire augmente, comme on le voit au milieu du diagramme, l'énergie potentielle diminue. À mesure que la distance internucléaire augmente, la force d'attraction entre l'électron de chaque atome et les noyaux des autres atomes commence à s'équilibrer avec les forces de répulsion. Rappelle-toi que deux atomes recherchent une énergie potentielle plus faible en se liant. La distance internucléaire à laquelle le niveau d'énergie potentielle est à son minimum est l'équilibre de la longueur de la liaison et c'est là qu'une liaison se formera.
L'équilibre de la longueur de liaison est également corrélé à l'énergie de liaison
Si les atomes s'éloignent davantage que cette distance idéale, alors la distance internucléaire est trop grande pour qu'il y ait une liaison, car les forces d'attraction et de répulsion sont trop éloignées pour interagir. Comme tu peux le voir, l'énergie potentielle se rapproche de zéro.
L'équilibre de la longueur des liaisons est la séparation entre les atomes à laquelle l'énergie potentielle est la plus faible.
L'énergie de liaison est la quantité d'énergie potentielle nécessaire pour rompre la liaison.
Voici une vue d'ensemble très générale à garder à l'esprit lorsque tu regardes les diagrammes d'énergie :
Si les atomes sont trop proches : il y a répulsion et énergie potentielle élevée.
Si les atomes sont à la longueur de liaison d'équilibre : il y a liaison et l'énergie potentielle est faible.
Si les atomes sont trop éloignés : il n'y a pas d'interaction.
Exemples d'énergie potentielle
Enfin, maintenant que tu as compris comment l'énergie potentielle, la longueur des liaisons et les forces intramoléculaires sont liées, nous allons examiner un exemple et mettre nos connaissances en pratique !
Nous allons d'abord nous assurer que tu comprends comment analyser un diagramme d'énergie potentielle et la courbe d'énergie qu'il te montre. En regardant le diagramme ci-dessous, quelles sont la longueur de la liaison à l'équilibre et l'énergie potentielle nécessaire pour rompre la liaison ?
La première étape pour répondre à cette question est de s'assurer que tu sais où se trouvent la longueur de liaison et l'énergie de liaison sur un diagramme d'énergie.
N'oublie pas que la longueur de liaison est la distance intranucléaire lorsque l'énergie potentielle est la plus faible, alors regardons l'axe de l'énergie potentielle et voyons la distance intranucléaire lorsque l'énergie potentielle atteint son minimum.
Nous pouvons estimer que la longueur de la liaison est d'environ 150 pm et que l'énergie potentielle à cette longueur est de -300 kJ/mol, ce qui est égal à l'énergie nécessaire pour rompre la liaison.
En utilisant encore ce diagramme, voyons ce que tu as retenu de la relation entre la longueur de la liaison et l'ordre de la liaison, et la force ! Si nous comparons ces courbes à des courbes d'énergie potentielle, laquelle correspond à une liaison plus forte ?
Comparaison de deux courbes d'énergie potentielle. StudySmarter Original. Encore une fois, la première chose à faire est de déterminer la longueur de liaison des deux molécules inconnues.
La ligne rouge reste inchangée à environ 150 pm.
Peux-tu déterminer la ligne bleue ? Tu as raison si tu as dit environ 200 pm (ou entre 200pm et 250pm) !
Maintenant, rappelle-toi que la longueur de la liaison est inversement liée à la force. Plus la longueur de la liaison augmente, plus la force de la liaison diminue. Alors, quelle molécule aurait une liaison plus forte ? La molécule représentée par la ligne rouge !
La longueur de liaison plus courte signifie qu'il est plus difficile de séparer les atomes et que la liaison est donc plus forte.
Nous voici arrivés à la fin et nous espérons que tu connais maintenant les liaisons covalentes comme un type de force intramoléculaire et que tu es capable d'identifier et d'expliquer la longueur de la liaison et l'énergie potentielle d'une molécule sur un diagramme d'énergie. Pour obtenir des explications et des exemples plus détaillés, consulte les diagrammes d'énergie potentielle chimique et la longueur des liaisons.
Nous avons consacré la majeure partie de cette introduction aux interactions entre les liaisons covalentes. Les forces intramoléculaires comprennent également les liaisons ioniques, alors n'oublie pas de consulter la loi de Coulomb et la force d'interaction pour en savoir plus sur la force et les interactions des liaisons ioniques !
Force intramoléculaire et énergie potentielle - Principaux enseignements
- Les forces intramoléculaires se produisent à l'intérieur d'une molécule et les trois types de liaisons sont les liaisons covalentes, ioniques et métalliques.
- Les deux types de liaisons covalentes sont les liaisons non polaires et les liaisons polaires. Les liaisons covalentes non polaires se produisent entre des atomes qui se partagent également les électrons, et les liaisons covalentes polaires se produisent lorsque deux atomes se partagent inégalement les électrons.
- L'énergie potentielle est l'énergie stockée dans les liaisons, et elle fluctue en fonction de la distance intranucléaire entre les atomes.
- La longueur de la liaison à l'équilibre est la distance à laquelle se trouvent deux atomes lorsque l'énergie potentielle est la plus faible, ce qui signifie que la liaison est la plus stable.
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