La matière est composée d’atomes qui sont constitués d'un noyau central contenant des nucléons (protons et neutrons), autour duquel des électrons sont en mouvement.
Le rayon de l'atome est de l'ordre de 100± (10−10m) ; celui du noyau est environ 100000 fois plus petit.
L'atome est essentiellement constitué de vide.
Électron
Proton
Neutron
Localisation
nuage électronique
noyau
noyau
Charge électrique
−e=−1,602.10−19C
+e=+1,602.10−19C
0
Masse
9,11.10−31kg
1,673.10−27kg
1,675.10−27kg
Remarque
Toute charge électrique peut s’exprimer en fonction de la charge élémentaire e.
BÉlectrisation de la matière
Propriété
Électrisation de la matière
La matière est électriquement neutre.
Par frottement entre deux matériaux de nature différente, des électrons passent d’un matériau à l’autre, ce qui crée leur électrisation.
Propriété
Électrisation par influence
Consiste à approcher un matériau électrisé d’un autre, mais sans contact.
Les charges à l’intérieur du matériau approché s’orientent et/ou se déplacent, même s’il est globalement neutre électriquement.
CSolide ionique
Définition
Solide ionique
Solide composé d’un empilement régulier de cations (ions positifs) et d’anions (ions négatifs).
Un tel solide est toujours électriquement neutre, les charges des cations et des anions se compensent.
Exemple
Le fluorure de calcium CaF2 contient un ion calcium Ca2+ pour deux ions fluorure F− pour permettre l’électroneutralité du solide.
Propriété
Stabilité des solides ioniques
Due aux interactions électrostatiques (interactions attractives) entre cations et anions selon la loi de Coulomb.
Interactions plus importantes que les interactions répulsives entre ions de même signe.
Cations principalement entourés d'anions et anions principalement entourés de cations.
Exemple
Dans le sulfure de plomb, les forces électrostatiques maintiennent ensemble les cations Pb2+ et les anions S2− et assurent la répartition des ions dans le solide ionique.
DSolide moléculaire
Définition
Électronégativité
Capacité d'un atome à attirer le nuage électronique d'une liaison covalente dans laquelle il est engagé.
Propriété
Différence d'électronégativité
Détermine la nature de la liaison covalente entre 2 éléments :
liaison apolaire lorsque la différence est nulle ;
liaison polaire quand la différence n'est pas nulle ;
liaison ionique quand la différence est tellement forte qu'un des éléments a attiré complètement les électrons : les atomes sont devenus des ions et portent des charges électriques entières.
Propriété
Électronégativité des éléments
Augmente lorsqu'on se déplace de gauche à droite dans une période (ligne) du tableau périodique des éléments.
Augmente lorsqu'on se déplace de bas en haut dans une famille (colonne) du tableau périodique des éléments.
Peut être évaluée suivant l’échelle de Pauling.
Définition
Polarisation d’une liaison
Lorsqu’une liaison covalente implique deux atomes d’électronégativité différente, les électrons mis en commun dans la liaison sont attirés par l’atome le plus électronégatif.
La liaison est dite polarisée.
Exemple
Le carbone C et le fluor F n’ont pas la même électronégativité. La liaison est polarisée. Le chlore est plus électronégatif que le carbone : le carbone aura une charge partielle positive et le fluor une charge partielle négative δ−.
Définition
Molécule polaire
La répartition de ces charges dans l'espace donne son caractère polaire ou non à la molécule :
si la molécule ne possède que des liaisons non polarisées ou faiblement polarisées, la molécule est dite non polaire (ex. : CH4) ;
si la molécule possède des liaisons polarisées mais que le barycentre des charges positives et celui des charges négatives coïncident, la répartition des charges est symétrique dans la molécule, celle-ci est alors non polaire (ex. : O=C=O) ;
si le barycentre des charges positives et celui des charges négatives ne coïncident pas, la répartition des charges n’est pas symétrique dans la molécule et celle-ci est apolaire (ex. : H2O).
Définition
Interaction de Van der Waals
Interaction électrique de faible intensité entre atomes ou molécules.
Correspond à des forces électriques qui sont présentes entre tous les dipôles électriques (dipôles électriques permanents ou induits) qui forment ces atomes et ces molécules.
Remarque
Les forces de Van der Waals ont trois origines :
l'interaction entre dipôles permanents (forces de Keesom) ;
l'interaction entre un dipôle permanent et un dipôle induit (forces de Debye) ;
l'interaction entre deux dipôles induits (forces de London).
Ces forces peuvent s'exercer également entre les molécules non polaires à travers notamment les forces de London.
Définition
Liaison hydrogène (ou pont hydrogène)
Force intermoléculaire impliquant un atome d'hydrogène et un atome électronégatif comme l'oxygène, l'azote et le fluor.
L'intensité d'une liaison hydrogène est intermédiaire entre celle d'une liaison covalente et celle des forces de Van der Waals.
Définition
Solide moléculaire
Constitué de molécules.
Peut correspondre à un empilement régulier de molécules dans l’espace (solides cristallins, ex. : la glace d’eau) ou désordonné (solides amorphes, ex. : certains plastiques).
Propriété
Cohésion des solides moléculaires
Réalisée par des liaisons intermoléculaires de type électrostatique (liaison hydrogène, forces de Van der Waals, etc.).
Les interactions de Coulomb sont plus fortes que les liaisons hydrogènes qui sont plus fortes que les forces de Van der Waals.