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AP20 changements d`états et molécules polaires - cours

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AP20 - CHANGEMENTS D’ETAT - MOLECULES POLAIRES.
Données :
Classement de quelques atomes par électronégativité croissante :
H  C < N < Cℓ < O < F
EXERCICE 1.
La molécule de dioxyde de carbone CO2 de géométrie linéaire est-elle polaire ? Justifier la réponse.
Idem pour la molécule de dioxyde de soufre SO2 de géométrie coudée.
Données :
L’atome d’oxygène est plus électronégatif que les atomes de carbone et de soufre.
L’atome de soufre est entouré de 4 doublets liants dans la molécule de dioxyde de soufre
EXERCICE 2 :
Les températures de fusion de molécules soumises à des forces intermoléculaires de natures ou d'intensités différentes
sont présentées dans le tableau ci-dessous :
Espèces
chimiques
Température
de fusion (°C)
CH4
HCℓ
 182
 114
Expliquer pourquoi le chlorure d'hydrogène (HCℓ) a une température de fusion plus élevée que le méthane (CH4).
EXERCICE 3 :
Faire fondre de grandes quantités de zinc solide se pratique dans les usines de galvanisation du fer, par exemple pour
élaborer des pièces de voiture. Il s'agit d'obtenir un bain de zinc liquide à 450 °C pour y tremper les pièces en fer à partir
de zinc solide à 20 °C.
1. Sur un axe de température, placer les changements d'état du zinc ainsi que les températures initiale et finale de la
préparation du bain de galvanisation.
2. Décrire du point de vue macroscopique les trois phénomènes successifs lorsqu'un apport d'énergie thermique porte du
zinc solide à 20 °C à l'état liquide à 450 °C.
3. Que se passe-t-il du point de vue microscopique entre 20 °C et 450 °C ?
Données :
Température de fusion du zinc : fusion = 420°C
Température d’ébullition du zinc : ébullition = 907°C
EXERCICE 4 :
1. À pression atmosphérique, à 25 °C, le propane CH3–CH2–CH3 est gazeux alors que l'éthanol CH3–CH2–OH est liquide.
1.1. Quel composé présente les plus faibles températures de changement d'état ?
1.2. Quel(s) type(s) d'interaction(s) assure(nt) la cohésion de chacune de ces espèces chimiques à l'état liquide ?
1.3. Interpréter la différence de températures de changement d'état entre ces deux espèces chimiques.
2. À pression atmosphérique, à 25 °C, le diiode (I2) est solide alors que le difluor (F2) est gazeux.
2.1. Quel(s) type(s) d'interaction(s) assure(nt) la cohésion pour le diiode et le difluor dans l’état solide ou liquide ?
2.2. Interpréter la différence de températures de changement d'état entre le diiode et le difluor.
Données :
Numéros atomiques: Z(F) = 9; Z(I) = 53.
L'iode et le fluor sont deux éléments de la même colonne de la classification périodique (famille des halogènes)
CORRECTION AP20
EXERCICE 1.

2
O
C

+
O
2 +
S
O
La molécule de dioxyde de carbone comporte 2 liaisons polarisées C
O mais sa géométrie
linéaire fait que le centre géométrique des charges négatives est confondu (au niveau de l’atome
de carbone) avec le centre géométrique des charges positives : la molécule est apolaire.

G 
O
La molécule de dioxyde de soufre comporte aussi 2 liaisons polarisées S = O mais le centre
+
géométrique G  des charges négatives ne coïncide pas avec le centre géométrique G des
charges positives situé au niveau de l’atome de soufre : la molécule est polaire.
EXERCICE 2.
Dans le chlorure d’hydrogène, l’atome d’hydrogène est lié à un
atome de chlorure très électronégatif et portant des doublets non
liants. Le chlorure d’hydrogène peut créer des liaisons hydrogène
avec d’autres molécules de chlorure d’hydrogène.
H – Cℓ
H
|
Cℓ
Dans le méthane, les atomes d’hydrogène sont liés à un atome de carbone peu électronégatif : les molécules de
méthane ne peuvent former de liaisons hydrogène avec d’autres molécules de méthane.
Du fait de la présence de liaisons hydrogène, les interactions intermoléculaires sont plus fortes dans le chlorure
d’hydrogène que dans le méthane.
Plus les interactions intermoléculaires sont importantes et plus les températures de changement d’état sont
élevées.
EXERCICE 3.
1. température
Initiale
température
fusion
température
d’ébullition
20
420 450
907
en °C
2. La première phase consiste à augmenter la température du zinc solide entre 20 °C et 420 °C.
Deuxième phase : à 420°C, l'apport d'énergie thermique provoque un changement d'état (fusion) à température
constante.
Troisième phase : lorsque tout le zinc a fusionné, l'apport d'énergie fait augmenter la température de 420 °C à 450 °C.
3. Pendant la première phase, les atomes de zinc vibrent avec une amplitude de plus en plus grande autour d'un point fixe.
Pendant la fusion, toute l’énergie thermique apportée sert à rompre les interactions entre les atomes de zinc qui
deviennent libres de se déplacer (tout en restant en contact les uns des autres).
Dans la troisième phase, la vitesse des atomes augmente au sein du liquide (l’agitation thermique croît).
EXERCICE 4.
1.1. À 25 °C, l'éthanol est liquide, donc son changement de l'état liquide à l'état gazeux s'effectue à une température
supérieure à 25 °C.
À 25 °C, le propane est gazeux, donc son changement de l'état liquide à l'état gazeux s'effectue à une température
inférieure à 25 °C.
Le propane présente donc les plus faibles températures de changement d'état.
1.2. À l'état liquide, pour les deux composés moléculaires, il existe des interactions de Van der Waals qui assurent la
cohésion du liquide.
De plus, pour l'éthanol, en raison de la présence d’un atome d’oxygène très électronégatif portant deux doublets non
liants lié à un atome d’hydrogène, des interactions de type liaison hydrogène renforcent la cohésion à l'état liquide.
Les interactions à l'état liquide pour l'éthanol sont donc plus importantes que pour le propane. En effet, les intensités
des liaisons hydrogène sont plus fortes que celles des forces d'interactions de Van der Waals.
1.3. Les températures de changement d'état sont d'autant plus élevées que les interactions intermoléculaires sont
importantes, ainsi les températures de changement d'état de l'éthanol sont plus grandes que celles du propane.
2.1. Pour le diiode et le difluor, seules les interactions de type Van der Waals assurent la cohésion en phase condensée
(solide ou liquide) car il n'y a pas d'atome d'hydrogène qui pourrait établir une liaison hydrogène.
2.2. Le diiode est gazeux à une température plus élevée que le difluor, donc les interactions de Van der Waals en phase
solide ou liquide sont plus importantes dans le diiode que dans le difluor.
En effet, l'iode et le fluor sont deux éléments de la même colonne de la classification périodique, mais l'atome d’iode
comporte plus d’électrons.
La molécule de diiode est donc plus volumineuse que le celle du difluor et les interactions de Van der Waals entre
molécules sont plus importantes pour le diiode que pour le difluor.
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