CHIMIE

Pour certains calculs on pourra utiliser les valeurs suivantes
:
e 0 =8,854 . 10 –12 F . m –1 ;
e =1,602 . 10 –19 C;
k B=1,381 . 10 –23 J. K –1 ;
A =6,022 . 10 23 mol –1 ;
1,00 D=(10 –29 /3) C . m=3,33 . 10 –30 C . m.
Applications directes du cours
1
Nature des interactions
1 • Établir la formule de Lewis, la structure géométrique,
puis le caractère polaire ou non polaire des molécules de
formules :
N 2, Br 2, HI, CCl 4, CH 3Cl, BF 3, PH 3, CO 2
2 • Rappeler la nature des trois types d’interactions de van
der Waals susceptibles de s’établir entre deux molécules.
3 • En déduire celles qui peuvent s’exercer entre les molécules
des couples suivants :
a. ( N 2, N 2) b. ( H–I, H–I) c. (CCl 4, CCl 4)
d. ( BF 3, BF 3) e. (CO 2, CO 2) f. (Br 2, H–I)
g. (CCl 4, CO 2) h. (CH 3Cl, BF 3) i. (PH 3, PH 3)
j. (PH 3, CO 2) k. (PH 3, H–I) l. (CH 3Cl, BF 3).
Données :
Numéro atomique : H:1;B:5;C:6;O:8;F:9;
P:15;Cl : 17 ; Br : 35; I : 53
2
Dipôles permanents fixes
L’énergie potentielle d’interaction E p de deux dipôles
permanents fixes de moment dipolaire p A et p B distants
de d vaut dans le vide :
E p =–
2 . p A . p B
4π. eo. d 3
1•Soit deux molécules d’ozone de moment dipolaire
p = 0,66 D distantes de d.
a. Établir la formule de Lewis de l’ozone ; en déduire que
cette molécule est effectivement polaire. SOS
b. Calculer l’énergie potentielle d’interaction, à l’état
solide, de deux molécules d’ozone en joule (J), puis en
électron-volt (eV) pour d 1 =300 pm, puis d 2 =600 pm.
c. En déduire dans les deux cas, les énergies potentielles
d’interaction pour une mole de molécules. Conclure. SOS
2 • Les biologistes ont étudié les interactions qui s’établissent
entre les groupes amino –NH 2 (p A =1,3 D) et lipide
–NH–CO– (p A =3,6 D) de la partie hydrophobe des protéines.
Calculer, en kJ. mol –1 , l’énergie potentielle d’interaction
de ces deux groupes lorsqu’ils sont distants de
d =350 pm.
SOS : 1 • a. Considérer les formules mésomères les plus
probables, puis l’hybride de résonance.
1 • b. N’utiliser que des unités du système international.
1 • c. Ne compter qu’une fois chaque interaction.
3
Dipôles permanents libres ;
interactions de Keesom
L’énergie potentielle d’interaction Ep de deux dipôles permanents
mobiles de moment dipolaire pA et pB distants de
d vaut dans le vide et à la température T :
p 2
A . pB
2
EK =– .
kB. T. (4π. eo) 2 . d 6
2
3
où k B est la constante de Boltzmann.
Soit deux molécules de bromure d’hydrogène H–Br de
moment dipolaire p = 0,82 D situées à une distance
d =310 pm.
1 • Calculer l’énergie potentielle d’interaction, dans l’état
liquide, de deux molécules de bromure d’hydrogène en
joule (J), puis en électron-volt (eV) à 298 K.
2 • En déduire l’énergie potentielle d’interaction pour
une mole de molécules de bromure d’hydrogène.
Conclure. SOS
SOS : 2 • Ne compter qu’une fois chaque interaction.
4
Dipôles induits ; interactions
de Debye
Le moment dipolaire induit p induit qui apparaît lorsqu’une
molécule est placée dans un champ électrique E peut
s’écrire :
p induit = a . E = 4.π.e 0.a’.E
1•a. Rappeler les unités de p induit et de E dans le système
international.
b. En déduire les unités de a et de a’. SOS
c. Justifier le nom de volume de polarisabilité souvent
donné à a’.
2 • L’énergie potentielle d’interaction ED d’une molécule
de méthane CH4 de volume de polarisabilité :
a’ = =2,60. 10 –24 cm3 a
4 . π . e0
et d’une molécule de trichlorométhane ou chloroforme de
moment dipolaire p =1,85 D placées à une distance d l’une
de l’autre vaut :
p
ED =–
Calculer ED pour d =400 pm. Le résultat sera exprimé en
joule (J), en électron-volt (eV), puis pour une mole
d’interactions. Conclure.
2 .α
(4π . εo) 2 . d6 SOS : 1 • b. Revoir le cours si nécessaire.
Exercices
© Hachette Livre – H Prépa / Chimie, 1 re année, PCSI –La photocopie non autorisée est un délit
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