L’essentiel du cours 679
5 Énergies des liaisons dans un cristal
Pour finir ce chapitre, faisons une comparaison des différents types de liaisons rencontrés dans les
cristaux.
Les liaisons métallique, ionique et covalente sont des liaisons très fortes, donnant en général des solides très difficiles à rompre. Deux autres types de liaisons beaucoup plus faibles peuvent intervenir
dans les solides, les interactions de van der Waals et la liaison hydrogène.
Les interactions de van der Waals sont des interactions attractives de faible intensité qui
s’exercent entre deux atomes ou molécules, soit à cause de leur moment dipolaire, soit à cause de
la redistribution des nuages électroniques lorsqu’ils sont assez proches (voir chapitre 24). Certains
cristaux moléculaires, comme celui du méthane solide, tiennent leur cohésion des interactions de
van der Waals. Certains cristaux, comme le graphite, comportent à la fois des liaisons covalentes
et des interactions de van der Waals.
La liaison hydrogène s’exerce entre un atome d’hydrogène lié à un atome très électronégatif (le
plus souvent O ou N) et le doublet non liant d’un atome électronégatif d’une autre molécule. Dans
l’eau solide, la cohésion est assurée par des liaisons hydrogènes.
Le tableau ci-dessous permet de comparer les ordres de grandeur des énergies E de ces différents
types de liaison. Les températures de fusion T f sont aussi données.
Liaison
Substance
E (kJ · mol
−1 ) T f (
◦ C)
Métallique
Hg
68
−39
Al
324
660
Fe
406
1538
W
849
3410
Ionique
NaCl
640
801
MgO
1000
2800
Covalente
Si
450
1410
C (diamant)
713
3550
De van der Waals
Ar
7,7
−189
Cl 2
31
−101
Hydrogène
NH 3
35
−78
H 2 O
51
0
On remarque que la température de fusion est d’autant plus élevée que l’énergie des liaisons est
élevée. Les interactions de van der Waals et les liaisons hydrogènes sont beaucoup moins fortes que
les liaisons métallique, ionique et covalente.
Pour revenir au graphite évoqué au début de ce chapitre, sa structure cristalline est constituée de
plans dans lesquels les atomes de carbone sont en liaison covalente avec un arrangement hexagonal
(figure 25.1). Ces plans sont empilés comme des feuillets, avec des interactions de van der Walls entre
eux. La faiblesse des interactions entre feuillets explique que le cristal de graphite puisse facilement
se rompre par clivage. Par ailleurs, une forme cristalline bidimensionnelle du carbone, le graphène,
constituée précisément d’un seul feuillet, est aujourd’hui développée en tant que nanomatériau,
notamment en raison de ses propriétés électriques remarquables.
© Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.
partagelivrescpge.blogspot.com
5 Énergies des liaisons dans un cristal
Pour finir ce chapitre, faisons une comparaison des différents types de liaisons rencontrés dans les
cristaux.
Les liaisons métallique, ionique et covalente sont des liaisons très fortes, donnant en général des solides très difficiles à rompre. Deux autres types de liaisons beaucoup plus faibles peuvent intervenir
dans les solides, les interactions de van der Waals et la liaison hydrogène.
Les interactions de van der Waals sont des interactions attractives de faible intensité qui
s’exercent entre deux atomes ou molécules, soit à cause de leur moment dipolaire, soit à cause de
la redistribution des nuages électroniques lorsqu’ils sont assez proches (voir chapitre 24). Certains
cristaux moléculaires, comme celui du méthane solide, tiennent leur cohésion des interactions de
van der Waals. Certains cristaux, comme le graphite, comportent à la fois des liaisons covalentes
et des interactions de van der Waals.
La liaison hydrogène s’exerce entre un atome d’hydrogène lié à un atome très électronégatif (le
plus souvent O ou N) et le doublet non liant d’un atome électronégatif d’une autre molécule. Dans
l’eau solide, la cohésion est assurée par des liaisons hydrogènes.
Le tableau ci-dessous permet de comparer les ordres de grandeur des énergies E de ces différents
types de liaison. Les températures de fusion T f sont aussi données.
Liaison
Substance
E (kJ · mol
−1 ) T f (
◦ C)
Métallique
Hg
68
−39
Al
324
660
Fe
406
1538
W
849
3410
Ionique
NaCl
640
801
MgO
1000
2800
Covalente
Si
450
1410
C (diamant)
713
3550
De van der Waals
Ar
7,7
−189
Cl 2
31
−101
Hydrogène
NH 3
35
−78
H 2 O
51
0
On remarque que la température de fusion est d’autant plus élevée que l’énergie des liaisons est
élevée. Les interactions de van der Waals et les liaisons hydrogènes sont beaucoup moins fortes que
les liaisons métallique, ionique et covalente.
Pour revenir au graphite évoqué au début de ce chapitre, sa structure cristalline est constituée de
plans dans lesquels les atomes de carbone sont en liaison covalente avec un arrangement hexagonal
(figure 25.1). Ces plans sont empilés comme des feuillets, avec des interactions de van der Walls entre
eux. La faiblesse des interactions entre feuillets explique que le cristal de graphite puisse facilement
se rompre par clivage. Par ailleurs, une forme cristalline bidimensionnelle du carbone, le graphène,
constituée précisément d’un seul feuillet, est aujourd’hui développée en tant que nanomatériau,
notamment en raison de ses propriétés électriques remarquables.
© Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.
partagelivrescpge.blogspot.com