Cohésion des solides ioniques : interaction électrostatique coulombienne

Première générale Spé · Physique-Chimie Spé 1ère

À retenir

• Loi de Coulomb : F = k\,|q_A q_B|/d^2 avec k = 9,010^9\ Nm^2C^-2 • Cohésion du cristal : attraction entre ions voisins de signes opposés • Ions plus chargés et plus petits : cohésion plus forte, température de fusion plus élevée

Le cours

1. Loi de Coulomb Deux charges ponctuelles q_A et q_B séparées d'une distance d exercent l'une sur l'autre des forces de même valeur, attractives si les charges sont de signes opposés, répulsives sinon : F = k\,|q_A q_B|/d^2 k = 9,010^9\ Nm^2C^-2 Pour un ion, la charge est un multiple de la charge élémentaire e = 1,610^-19 C : q(Na^+) = +e, q(O^2-) = -2e. 2. Cohésion du cristal ionique Dans un cristal, chaque ion a pour plus proches voisins des ions de signe opposé : les attractions entre voisins proches l'emportent sur les répulsions entre ions de même signe, plus éloignés. Cette interaction électrostatique intense assure la cohésion du solide. Elle est d'autant plus forte que les charges des ions sont grandes et que les ions sont petits (distance d faible). Conséquences : températures de fusion élevées (801\ ^C pour NaCl, environ 2\,800\ ^C pour MgO), solides durs mais cassants. 3. Méthode de comparaison 1. Écrire les charges des ions en multiples de e. 2. Comparer les produits |q_A q_B| et les distances entre ions voisins. 3. Calculer le rapport des forces : F_1/F_2 = |q_Aq_B|_1/|q_Aq_B|_2(d_2/d_1)^2. 4. Attention La force varie comme l'inverse du carré de la distance : doubler la distance divise la force par 4. La distance doit être convertie en mètres (1 pm = 10^-12 m).

Dans ce chapitre