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Tu te demandes peut-être ce que sont exactement les solides ioniques et quelles sont leurs propriétés. Alors, plongeons-nous dans les propriétés des solides ioniques !
Quelle est la définition d'un solide ionique ?
Les solides sont divisés en solides cristallins et amorphes en fonction de la disposition de leurs particules.
Lessolides cristallins ont une disposition très organisée des particules dans une structure en trois dimensions. Dans les solides cristallins, toutes les liaisons entre les particules ont la même force. Les solides cristallins ont également des points de fusion distincts.
Lessolides amorphes n'ont pas d'arrangement structuré de particules. Les particules sont disposées de façon aléatoire et fondent à différentes températures.
Les solides cristallins peuvent être divisés en solides ioniques, solides moléculaires, solides à réseau covalent et solides métalliques .
Si tu veux en savoir plus sur la différence entre ces types de solides, lis l'article "Propriétés des solides".
Dans cet article, nous nous concentrerons uniquement sur les solides ioniques. Pour commencer, définissons les solides ioniques !
Lessolides ion iques sont constitués d'ions reliés entre eux par des liaisons ioniques ."La liaison ionique" est un type de liaison chimique entre un ion chargé positivement et un ion chargé négativement où il y a transfert d'électrons.
Voyons notre premier exemple !
Lequel des composés suivants est considéré comme un solide ionique ? Ag, SO3 et CaO.
Nous avons défini les solides ioniques comme des composés contenant un cation et un anion. Ag est seul, il ne peut donc pas s'agir d'un composé. SO3 est composé de deux non-métaux. CaO est composé d'un cation métallique (Ca2+) et d'un anion non métallique (O2-). Le CaO est donc le solide ionique dans cet exemple.
Structure des solides ioniques
Les solides ioniques étant considérés comme un type de solide cristallin, ils présentent un arrangement 3D bien structuré de particules que l'on appelle un réseau cristallin. La structure de base d'un réseau cristallin est illustrée ci-dessous.
Structure de base d'un réseau cristallin, Isadora Santos - StudySmarter Originals
Tu peux en apprendre davantage sur la structure des solides dans l'article "Solides" !
Dans les solides ioniques, les cations métalliques sont plus petits que les anions non métalliques. Ainsi, lorsque les anions s'alignent, les cations s'accommodent de manière à entourer les anions. Cette disposition permet de maximiser l'attraction électrostatique entre les ions. La façon la plus simple de comprendre cela est d'examiner la structure du réseau cristallin du chlorure de potassium.
En fait, il y a quelques exceptions à cette règle. Dans les fluorures de K, Rb, Cs et les oxydes de Rb, Cs, l'anion est le plus grand. Bien sûr, cela n'a pas d'importance puisque les anions s'arrangent pour accueillir les cations.
De plus, si le cation métallique n'est pas un atome de métal mais plusieurs (Hg2+2) reliés entre eux ou si différents atomes sont coordonnés, sa taille variera considérablement. Et pour compliquer les choses, il existe des cations qui ne sont pas des métaux, par exemple NH4+.
Lorsque nous analysons la structure du chlorure de potassium (KCl), nous savons que l'ion potassium (K) a une charge de +1, nous l'avons donc appelé le cation, tandis que l'ion chlore a une charge de -1 et est appelé l'anion. Ainsi, dans la structure du réseau cristallin du KCl, le cation entoure l'anion de tous les côtés. Après cela vient la "couche" suivante (ou le cube pour être plus précis) d'anions, puis de cations, et ainsi de suite pour construire un cristal.
Structure du réseau cristallin de KCl, Isadora Santos - StudySmarter Originals.
Propriétés et caractéristiques des solides ioniques
Lorsque nous décrivons les propriétés des solides ioniques, nous devons tenir compte des caractéristiques suivantes : point de fusion, dureté, conductivité, solubilité, énergie du réseau et force des interactions électrostatiques.
Interactions électrostatiques
Comme nous l'avons vu précédemment, les solides ioniques sont constitués d'ions maintenus ensemble par des liaisons ioniques. Ces liaisons ioniques sont considérées comme une interaction électrostatique forte, et elles affectent le point de fusion des solides ioniques. Le fait d'avoir des liaisons ioniques fortes signifie qu'il faut beaucoup d'énergie cinétique pour rompre la liaison entre les ions.
Plus les forces d'attraction entre les ions sont fortes, plus le point de fusion des solides ioniques est élevé.
Les charges des ions déterminent également l'intensité des forces d'attraction. Ainsi, plus les charges sont élevées, plus les forces électrostatiques qui maintiennent les ions ensemble sont fortes.
Pense aux charges de MgO et de NaCl. Mg a une charge de +2 et O une charge de -2, alors que Na a une charge de +1 et Cl une charge de -1. En se basant sur la charge, on peut donc dire que MgO aura des forces d'attraction plus fortes, et donc un point de fusion plus élevé.
C'est effectivement le cas, puisque le point de fusion de l'oxyde de magnésium (MgO) et du chlorure de sodium est respectivement de 2852 °C et de 801 °C.
Sais-tu que les liaisons ioniques sont liées à la loi de Coulombs? Selon la loi de Coulombs, la force de la liaison ionique est directement proportionnelle aux charges des ions. En gros, plus la charge des ions est élevée, plus l'attraction entre eux est forte et plus les forces coulombiennes sont importantes.
Point de fusion et dureté des solides ioniques
En raison de la force de leurs liaisons ioniques, les solides ioniques ont des points de fusion très élevés. Les solides ioniques sont également considérés comme très durs en raison des forces d'attraction entre les ions. Cependant, les solides ioniques sont fragiles, ce qui signifie que leur structure cristalline se brise facilement en morceaux.
La conductivité des solides ioniques
Les solides ioniques sont-ils capables de conduire l'électricité ? La réponse est oui, mais seulement lorsque leurs ions sont mobiles, ce qui se produit lorsqu'un solide ionique est fondu ou dissous dans une solution aqueuse !
Laconductivité est la capacité d'un composé à conduire l'électricité.
On appelleélectrolytes les composés dont les solutions aqueuses ou l'état fondu sont capables de conduire l'électricité. Les solides ioniques sont considérés comme des électrolytes forts.
Lorsque les solides ioniques sont chauffés jusqu'à leur état fondu (liquide), ils deviennent de bons conducteurs d'électricité car, dans cet état, les ions sont mobiles. Les solutions aqueuses de solides ioniques sont également de bons conducteurs d'électricité car la présence d'ions dans la solution aqueuse permet à l'électricité de passer !
Solubilité des composés ioniques
Rappelle-toi la règle : Ce qui est semblable se dissout comme ce qui est semblable ! Les solides ioniques peuvent donc se dissoudre dans des solvants polaires, comme l'eau.
On appellesolubilité la capacité d'un soluté à se dissoudre dans un solvant pour former une solution.
Cependant, garde à l'esprit que tous les solides ioniques ne sont pas solubles. Pour savoir si un composé sera soluble ou insoluble, passons en revue les règles de solubilité des composés ioniques.
| Règles de solubilité |
| Les composés ioniques contenant NO3- et CH3COO- sont solubles. |
| Les composés ioniques contenant Cl-, Br- et I- sont solubles, sauf en présence de Ag+, Hg22+ et Pb2+. |
| Les composés ioniques contenant du SO42- sont solubles, sauf en présence de Sr2+, Ba2+, Hg22+ et Pb2+. |
| Les composés ioniques contenant duS2- sont insolubles, sauf NH4+, Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Ca2+, Sr2+ et Ba2+. |
| Les composés ioniques contenant du CO32- sont insolubles, à l'exception de NH4+, Li+, Na+, K+, Rb+ et Cs+. |
| Les composés ioniques contenant du CO32- sont insolubles, sauf NH4+, Li+, Na+, K+, Rb+ et Cs+. |
| Les composés ioniques contenant PO43- sont insolubles, sauf NH4+, Li+, Na+, K+, Rb+ et Cs+. |
| Les composés ioniques contenant OH- sont insolubles, sauf NH4+, Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Ca2+, Sr2+ et Ba2+. |
Latempérature et la force des liaisons ioniques affectent également la solubilité des solides. La température et la force des liaisons ioniques sont directement proportionnelles à la solubilité des solides.
Énergie du réseau
La structure du réseau des solides ioniques consiste en un motif bien arrangé, avec des cations entourant l'anion non métallique. La stabilité du réseau cristallin dépend de l'intensité des forces d'attraction entre les ions de charge opposée. Plus l'attraction est forte, plus la stabilité du réseau cristallin est élevée et plus l'énergie du réseau est importante.
L'énergie de réseau est définie comme l'énergie libérée lorsqu'un solide ionique est formé à partir de ses ions.
L'énergie de réseau peut être utilisée pour estimer la force des liaisons ioniques. Plus l'énergie du réseau est élevée, plus la liaison ionique est forte.
L'énergie du réseau des solides ioniques dépend de la charge des ions et de leur taille.
Plus la charge des ions est importante, plus l'énergie du réseau est élevée (⇧ charge des ions = ⇧ énergie du réseau).
Plus la taille des ions est petite, plus l'énergie du réseau est grande ( ⇩ taille des ions = ⇧ énergie du réseau).
Voyons un exemple !
Parmi les solides ioniques suivants, lequel aurait la plus grande énergie de réseau ? CsBr, LiI, ZnO
Tout d'abord, regarde la charge des ions présents dans chaque composé ionique :
CsBr : Cs+1 et Br -1
LiI : Li+1 et I-1
ZnO : Zn+2 et O-2
Plus les charges sont élevées, plus l'énergie du réseau est importante. Ainsi, le solide ionique ayant la plus grande énergie de réseau serait le ZnO.
Maintenant, si deux solides ioniques ont la même charge, comment peux-tu déterminer lequel a la plus grande énergie de réseau ? Tu dois examiner le rayon ionique de chaque ion. Le composé ionique ayant la plus petite taille d'ion aura la plus grande quantité d'énergie de réseau. La tendance pour le rayon ionique est que le rayon ionique augmente à mesure que le nombre d'électrons augmente. La tendance périodique du rayon ionique est illustrée ci-dessous :
Lequel des composés suivants possède la plus grande énergie de réseau ? NaF, NaCl, NaBr ou NaI ?
En regardant le tableau périodique, nous pouvons voir que F- a le plus petit rayon ionique. Par conséquent, NaF a l'énergie de réseau la plus élevée.
Tu devrais maintenant pouvoir reconnaître les solides ioniques, leur structure de base et certaines de leurs propriétés !
Solides ioniques - Principaux enseignements
- Lessolides cristallins présentent un arrangement très organisé de particules dans une structure en trois dimensions. Les solides ioniques sont un type de solide cristallin.
- Lessolides ioniques sont constitués d'ions reliés entre eux par des liaisons ioniques . Les liaisons ioniques sont des liaisons entre un ion chargé positivement et un ion chargé négativement où il y a transfert d'électrons.
- Plus les forces d'attraction entre les ions sont fortes, plus le point de fusion des solides ioniques est élevé.
- Les solides ioniques ne peuvent conduire l'électricité que sous forme de composés ioniques fondus ou de solutions aqueuses.
- L'énergie du réseau des solides ioniques dépend de la charge des ions et de leur taille .
(⇧ charge des ions = ⇧ énergie du réseau, ⇩ taille des ions = ⇧ énergie du réseau).
Références
- Swanson, J. W. (2020). Tout ce dont tu as besoin pour être un as de la chimie dans un seul gros cahier. Workman Pub.
- Malone, L. J., Dolter, T. O., & Gentemann, S. (2013). Concepts de base de la chimie (8e éd.). Hoboken, NJ : John Wiley & Sons.
- Moore, J. T., & Langley, R. (2021). McGraw Hill : AP Chemistry, 2022. New York : McGraw-Hill Education.
- Salazar, E., Sulzer, C., Yap, S., Hana, N., Batul, K., Chen, A., . . . Pasho, M. (n.d.). Cours de master de chimie générale du Tchad. Consulté le 4 mai 2022 sur le site https://courses.chadsprep.com/courses/general-chemistry-1-and-2.
- Description du cours et de l'examen AP Chemistry, en vigueur à l'automne 2020. (n.d.). Consulté le 28 mai 2022, à l'adresse https://apcentral.collegeboard.org/pdf/ap-chemistry-course-and-exam-description.pdf?course=ap-chemistry.
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