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“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 350 — #358
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CHAPITRE 6 – LE SOLIDE CRISTALLIN
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2 7 5 p m
1 0 1 p m
FIGURE 6.46 – Structure de la glace I (seuls les atomes d’oxygènes sont représentés)
Les liaisons hydrogène confèrent à la glace une grande énergie de cohésion qui peut être
estimée à partir de l’enthalpie de sublimation ((grandeur thermodynamique correspondant
à l’énergie à fournir pour sublimer une mole de solide) de la glace. Cette enthalpie est de
50,8 kJ·mol −1 et chaque molécule est liée globalement par deux liaisons hydrogène (4 liaisons en tout mais le partage de chaque liaison hydrogène avec une autre molécule impose
de diviser par deux le nombre de liaisons). L’énergie de la liaison hydrogène dans l’eau peut
être estimée à 25,4 kJ·mol −1 en considérant que la cohésion du solide n’est due qu’à ce seul
facteur.
Il est possible de calculer la masse volumique de la glace I ; les paramètres de la maille
de structure sont a = 452 pm et c = 737 pm et la maille contient 4 molécules d’eau (une
à chaque sommet comptant pour 1/8, une sur chaque arête latérale partagée entre quatre
mailles comptant pour 1/4 et 2 à l’intérieur de la maille lui appartenant en propre). La masse
volumique calculée de la glace est alors :
ρ =
8M
√
3N A ca 2
soit numériquement :
ρ =
144, 12
√
3 × 6, 022.10 23 × 737 × 452 2 .10 −36
= 0,917 kg·m
−3 .
La valeur calculée est en très bon accord avec la valeur expérimentale ρ = 0,92 kg·m −3 . L’eau
est une espèce chimique dont le comportement est inhabituel puisqu’elle est plus dense à
l’état liquide qu’à l’état solide. La fusion de la glace s’accompagne d’une destruction partielle
des liaisons hydrogène et conduit à un état dans lequel les molécules sont en moyenne plus
proches les unes des autres.
La glace existe sous de nombreuses variétés allotropiques distinctes (neuf sont bien établies) ;
l’obtention de chaque variété est déterminée par des conditions de température et de pression
spécifiques. La variété allotropique glace III se forme au dessous de −20 °C à des pressions
comprises entre 2 et 4 kbar. Cette variété possède une structure de type diamant : les oxygènes de la molécule d’eau sont positionnés sur les nœuds d’un réseau c.f.c. ainsi qu’au centre
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FIGURE 6.46 – Structure de la glace I (seuls les atomes d’oxygènes sont représentés)
Les liaisons hydrogène confèrent à la glace une grande énergie de cohésion qui peut être
estimée à partir de l’enthalpie de sublimation ((grandeur thermodynamique correspondant
à l’énergie à fournir pour sublimer une mole de solide) de la glace. Cette enthalpie est de
50,8 kJ·mol −1 et chaque molécule est liée globalement par deux liaisons hydrogène (4 liaisons en tout mais le partage de chaque liaison hydrogène avec une autre molécule impose
de diviser par deux le nombre de liaisons). L’énergie de la liaison hydrogène dans l’eau peut
être estimée à 25,4 kJ·mol −1 en considérant que la cohésion du solide n’est due qu’à ce seul
facteur.
Il est possible de calculer la masse volumique de la glace I ; les paramètres de la maille
de structure sont a = 452 pm et c = 737 pm et la maille contient 4 molécules d’eau (une
à chaque sommet comptant pour 1/8, une sur chaque arête latérale partagée entre quatre
mailles comptant pour 1/4 et 2 à l’intérieur de la maille lui appartenant en propre). La masse
volumique calculée de la glace est alors :
ρ =
8M
√
3N A ca 2
soit numériquement :
ρ =
144, 12
√
3 × 6, 022.10 23 × 737 × 452 2 .10 −36
= 0,917 kg·m
−3 .
La valeur calculée est en très bon accord avec la valeur expérimentale ρ = 0,92 kg·m −3 . L’eau
est une espèce chimique dont le comportement est inhabituel puisqu’elle est plus dense à
l’état liquide qu’à l’état solide. La fusion de la glace s’accompagne d’une destruction partielle
des liaisons hydrogène et conduit à un état dans lequel les molécules sont en moyenne plus
proches les unes des autres.
La glace existe sous de nombreuses variétés allotropiques distinctes (neuf sont bien établies) ;
l’obtention de chaque variété est déterminée par des conditions de température et de pression
spécifiques. La variété allotropique glace III se forme au dessous de −20 °C à des pressions
comprises entre 2 et 4 kbar. Cette variété possède une structure de type diamant : les oxygènes de la molécule d’eau sont positionnés sur les nœuds d’un réseau c.f.c. ainsi qu’au centre
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