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“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 258 — #266
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CHAPITRE 5 – FORCES INTERMOLÉCULAIRES
chaque atome d’oxygène O d’une molécule d’eau peut recevoir deux liaisons hydrogène par
ses deux doublets libres (voir figure 5.7). On observe alors un arrangement tétraédrique des
atomes d’hydrogène H autour de l’atome d’oxygène O, comprenant deux liaisons covalentes
O-H (longueur égale à 101 pm) et deux liaisons hydrogène (longueur égale à 175 pm).
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
O
H
liaison hydrogène
FIGURE 5.7 – Liaisons hydrogène engageant les molécules d’eau
Cet assemblage confère à la glace une forme ouverte qui doit sa stabilité à l’existence de liaisons hydrogène. La grande proportion d’espaces vides a pour conséquence une faible masse
volumique, inférieure à celle de l’eau liquide, ce qui est un comportement assez exceptionnel
(en général un liquide possède une masse volumique plus faible que celle du solide correspondant). Ainsi, la glace flotte sur l’eau. En élevant la température de la glace à 0 °C, la
glace fond, la masse volumique ρ augmente brutalement. En augmentant encore la température, la masse volumique ρ poursuit son augmentation (alors que la plupart des liquides ont
une masse volumique qui diminue quand la température augmente). Cette observation est expliquée par la présence possible d’agrégats moléculaires pour une température légèrement
supérieure à 0 °C. Ces agrégats moléculaires sont voisins de ceux qui existent dans la glace
(des espaces vides sont encore présents). Plus la température augmente, plus les agrégats sont
détruits. Un maximum est observé pour la masse volumique de l’eau lorsque la température
atteint 4 °C, puis la masse volumique diminue au-delà. L’eau liquide peut former des clathrates, qui sont des édifices en forme de cages constituées par des molécules d’eau liées par
liaisons hydrogène. Ces cages entourent des molécules ou des ions dissous dans l’eau.
Liaisons hydrogène et organisation spatiale
La liaison hydrogène influe sur l’organisation spatiale de la matière, en maintenant les molécules les unes aux autres selon une (ou plusieurs) direction(s) ou en maintenant des groupements d’une même molécule orientés selon une direction définie. Ainsi, à température
ambiante il existe une libre rotation des liaisons simples qui peut être bloquée par l’établissement d’une liaison hydrogène.
O
CH 3
O
O
O H
liaison hydrogène
FIGURE 5.8 – Liaison hydrogène dans l’acide acétylsalicylique
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CHAPITRE 5 – FORCES INTERMOLÉCULAIRES
chaque atome d’oxygène O d’une molécule d’eau peut recevoir deux liaisons hydrogène par
ses deux doublets libres (voir figure 5.7). On observe alors un arrangement tétraédrique des
atomes d’hydrogène H autour de l’atome d’oxygène O, comprenant deux liaisons covalentes
O-H (longueur égale à 101 pm) et deux liaisons hydrogène (longueur égale à 175 pm).
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
O
H
liaison hydrogène
FIGURE 5.7 – Liaisons hydrogène engageant les molécules d’eau
Cet assemblage confère à la glace une forme ouverte qui doit sa stabilité à l’existence de liaisons hydrogène. La grande proportion d’espaces vides a pour conséquence une faible masse
volumique, inférieure à celle de l’eau liquide, ce qui est un comportement assez exceptionnel
(en général un liquide possède une masse volumique plus faible que celle du solide correspondant). Ainsi, la glace flotte sur l’eau. En élevant la température de la glace à 0 °C, la
glace fond, la masse volumique ρ augmente brutalement. En augmentant encore la température, la masse volumique ρ poursuit son augmentation (alors que la plupart des liquides ont
une masse volumique qui diminue quand la température augmente). Cette observation est expliquée par la présence possible d’agrégats moléculaires pour une température légèrement
supérieure à 0 °C. Ces agrégats moléculaires sont voisins de ceux qui existent dans la glace
(des espaces vides sont encore présents). Plus la température augmente, plus les agrégats sont
détruits. Un maximum est observé pour la masse volumique de l’eau lorsque la température
atteint 4 °C, puis la masse volumique diminue au-delà. L’eau liquide peut former des clathrates, qui sont des édifices en forme de cages constituées par des molécules d’eau liées par
liaisons hydrogène. Ces cages entourent des molécules ou des ions dissous dans l’eau.
Liaisons hydrogène et organisation spatiale
La liaison hydrogène influe sur l’organisation spatiale de la matière, en maintenant les molécules les unes aux autres selon une (ou plusieurs) direction(s) ou en maintenant des groupements d’une même molécule orientés selon une direction définie. Ainsi, à température
ambiante il existe une libre rotation des liaisons simples qui peut être bloquée par l’établissement d’une liaison hydrogène.
O
CH 3
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O
O H
liaison hydrogène
FIGURE 5.8 – Liaison hydrogène dans l’acide acétylsalicylique
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