Les solidesioniques sont des solides composés de cations et d'anions maintenus ensemble par des liaisons ioniques qui se forment en raison de l'attraction électrostatique entre les ions positifs et négatifs.
- Dans cet aperçu, nous examinerons la structure de base des solides ioniques.
- Ensuite, nous ferons un zoom sur la structure du réseau cristallin des solides ioniques .
- Une fois que nous aurons compris la structure, nous étudierons les facteurs qui affectent la structure des solides ion iques.
- Enfin, nous discuterons des caractéristiques significatives des structures des solides ioniques.
Structure de base des solides ioniques
Avant de nous pencher sur la structure du réseau cristallin des solides ioniques, il est important de savoir que les solides ioniques sont des types de solides cristallins!
Lessolides cristallins sont des solides dont les particules sont disposées de façon très organisée et répétitive en trois dimensions.
Il existe quatre types de solides cristallins : les solides ioniques, les solides moléculaires, les solides à réseau covalent et les solides métalliques! La différence entre ces quatre types de solides repose sur le type de liaisons et de forces moléculaires qui les maintiennent ensemble. Nous nous concentrons sur la structure des solides ioniques, mais consulte la rubrique Types de solides pour en savoir plus sur les autres.
Structure en treillis des solides ioniques
Maintenant que nous avons une vue d'ensemble des solides ioniques, examinons la structure spécifique des solides ioniques, connue sous le nom de treillis.
Lestreillis font référence à la disposition répétitive de l'alternance de cations positifs et d'anions négatifs dans un solide ionique.
Fig. 2 : Modèle particulaire 2D du réseau de NaCl. StudySmarter Original.
Souvent, les solides ioniques sont représentés par un modèle particulaire en 2D (comme ci-dessus) parce qu'il nous permet de représenter et de déterminer avec précision la taille et la disposition des ions dans le solide. Le modèle particulaire est essentiellement une tranche de la structure du réseau en 3D.
Structure cristalline des solides ioniques
En combinant ce que nous savons sur les solides cristallins et les réseaux ioniques, quelle est la structure des solides ioniques ? La réponse est : les réseaux cristallins ioniques !
Lesréseaux cristallins font référence à l'arrangement 3D répétitif de l'alternance de cations positifs et d'anions négatifs qui composent un solide ionique.
Fig. 3 : La structure 3D du réseau cristallin de NaCl, StudySmarter Original
Pourquoi les réseaux cristallins se forment-ils ?
Tu te demandes peut-être comment nous savons que les solides ioniques se forment de cette façon ? Eh bien, c'est parce que les ions vont toujours s'arranger pour minimiser les forces de répulsion entre les ions chargés de façon similaire et maximiser les forces d'attraction entre les ions chargés de façon opposée. Naturellement, cela signifie que les cations et les anions s'attirent (c'est pourquoi ils sont côte à côte dans le modèle), tandis que les cations repoussent les cations et les anions repoussent les anions.
Un aspect important à saisir est que les ions peuvent avoir une attraction électrostatique égale sur n'importe quel nombre d'ions chargés de façon opposée à proximité. Chaque ion est entouré d'ions de charge opposée dans toutes les directions, ce qui crée ces structures en treillis ; c'est pourquoi un ion Na+ peut subir une attraction électrostatique avec six ions Cl- dans le solide ionique NaCl ci-dessus.
Renseigne-toi sur les forces de Coulomb et la force d'interaction pour en savoir plus sur ce concept !
D'après ce que nous avons vu jusqu'à présent, le modèle de NaF ci-dessous est-il correct ? Si oui, explique pourquoi. Si ce n'est pas le cas, explique pourquoi et dessine-le correctement. En guise d'indice, les tailles de ces ions sont identiques, donc la taille n'a pas d'importance pour cette structure particulière, et nous verrons plus tard comment la taille affecte la structure.
Fig. 3 : Modèle de solide ionique KF. StudySmarter OriginalTout d'abord, penses-tu qu'il s'agit de la bonne structure ?
La bonne réponse est : non ! En regardant l'arrangement, peux-tu trouver ce qui ne va pas ?
1) La première étape consiste toujours à déterminer le cation et l'anion.
Dans ce cas, c'est assez facile car on nous donne les charges, donc
- le cation est Na+
- l'anion est F-
2) Ensuite, nous pouvons nous demander si cet arrangement maximise les forces d'attraction entre Na+ et F- et minimise les forces de répulsion en ayant un motif alternatif et répétitif.
Et bingo, voilà le problème ! Ce modèle ne présente pas la disposition optimale parce que Na+ et F- sont l'un à côté de l'autre.
Le modèle correct devrait ressembler au modèle ci-dessous :
L'exemple ci-dessus aurait dû être assez simple, mais il constitue une bonne référence pour ta compréhension des solides ioniques jusqu'à présent !
Facteurs affectant la structure des solides ioniques
Nous allons maintenant étudier les facteurs qui affectent directement la structure du réseau cristallin des solides ioniques. Tu as peut-être deviné que les deux principaux facteurs sont :
- La charge des ions.
- La taille des ions.
Si ces facteurs te semblent familiers, ils font également partie des facteurs qui déterminent la force des liaisons ioniques selon la loi de Coulomb ! Lorsque la charge des ions augmente et que la taille du rayon ionique diminue, la structure du réseau cristallin devient plus serrée et les forces électrostatiques entre les ions sont plus fortes.
Charge des ions
Comme cela devrait être clair d'après ce que nous avons couvert jusqu'à présent, la charge des ions affecte la structure parce que les ions chargés de façon opposée s'attirent les uns les autres, et les ions chargés de façon similaire se repoussent, ce qui a conduit à la formation de la structure en treillis en premier lieu ! D'après la loi de Coulomb, plus les charges des ions sont fortes, plus la structure du réseau est stable !
Taille des ions
Comment la taille des ions affecte-t-elle la structure ? Reprenons la structure du NaCl pour explorer cette question !
Fig. 5 : Modèle particulaire 2D de NaCl. StudySmarter Original.
Que remarques-tu à propos de la taille des ions dans le réseau de NaCl ?
Eh bien, les cations Na+ sont nettement plus petits que les anions Cl-! Les anions les plus grands forment le contour du réseau cristallin tandis que les cations les plus petits remplissent l'espace entre les deux.
Il est important de garder cela à l'esprit car cela signifie :
- Le rayon ionique des ions influe sur la façon dont la structure du réseau se forme et est représentée.
- Selon la loi de Coulomb, plus le rayon ionique est petit, plus le réseau est stable et plus les forces électrostatiques entre les ions sont fortes.
Comme la charge et la taille d'un ion affectent directement la structure des solides ioniques, il est crucial que tu puisses identifier correctement le cation et l'anion au sein d'un composé ionique, comparer les tailles entre les ions et comparer les charges.
Nous pouvons rapidement identifier les cations et les anions en nous basant sur le nom et la formule du composé ionique. Le cation vient toujours avant l'anion dans une formule ou un nom ionique. Sur la base de ces connaissances, dans le LiF, quel ion est le cation et quel ion est l'anion ?
Examinons le tableau périodique ci-dessous pour déterminer comment comparer les rayons et les charges ioniques!
La tendance générale pour le rayon ionique est qu'il augmente au fur et à mesure que l'on descend dans un groupe. En traversant une période de gauche à droite, le rayon ionique diminue .
Les charges générales des ions sont indiquées dans le tableau périodique ci-dessous et correspondent au numéro de groupe. Si tu veux te rafraîchir la mémoire sur la façon de déterminer ces charges, consulte le tableau périodique pour en savoir plus !
Fig. 5 : Charges des éléments dans le tableau périodique, StudySmarter Original.
Caractéristiques des solides ioniques dues à la structure
Enfin, nous verrons brièvement comment cette structure de réseau cristallin entraîne des caractéristiques spécifiques parmi les solides ioniques.
| Caractéristique | Raison d'être |
| Point de fusion élevé | Il faut beaucoup d'énergie pour rompre les liaisons ioniques fortes, ce qui implique une température élevée pour disposer de suffisamment d'énergie. |
| Dur et cassant | la structure rigide et répétitive du réseau crée un solide très dur, mais lorsqu'il y a un léger changement dans l'arrangement, les forces de répulsion entre les ions chargés de façon similaire brisent le cristal. |
| Mauvais conducteurs électriques en tant que solides | la structure du réseau cristallin est très organisée et maintient les ions chargés en place |
| Bons conducteurs électriques lorsqu'ils sont dissous | lorsque le réseau cristallin est dissous, les ions chargés peuvent se déplacer librement et donc conduire une charge électrique |
Voici un résumé de toutes les propriétés importantes. Pour plus de détails sur ces caractéristiques, consulte les solides ioniques et la liaison ionique !
Structure des solides ioniques - Points clés à retenir
- Lessolides ioniques sont des solides composés de cations et d'anions maintenus ensemble par des liaisons ioniques.
- Ils constituent un type de solide cristallin
- Les solides ioniques sont structurés en réseaux cristallins , ce qui fait référence à l'arrangement 3D répétitif de l'alternance de cations positifs et d'anions négatifs.
- Ils sont souvent représentés par des modèles particulaires en 2D
- La charge des ions et leur taille affectent directement la stabilité et la solidité de la structure du réseau des solides ioniques.
- Les solides ioniques ont tendance à être durs et cassants, ont des points de fusion élevés et sont de mauvais conducteurs à moins d'être dissous dans une solution.
Références
- Brown, Theodore L, H E. LeMay, Bruce E. Bursten, Catherine J. Murphy, Patrick M. Woodward, et Matthew Stoltzfus. Chemistry : The Central Science. , 2018.
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