- Transfert d'électrons entre atomes
- Création d'ions chargés opposément
- Force électrostatique entre ions
- Exemples : NaCl, CaO, MgO
- Partage d'électrons entre atomes
- Formation de molécules
- Directionnelle
- Exemples : H₂O, CH₄, SiO₂
- Électrons de valence délocalisés
- Forme une "mer d'électrons"
- Non directionnelle
- Exemples : Cu, Fe, Al
Liaison ionique : Interaction électrostatique entre ions de charges opposées.
- Na (métal) perd 1 électron → Na⁺
- Cl (non-métal) gagne 1 électron → Cl⁻
- Δχ = χ(Cl) - χ(Na) = 3.16 - 0.93 = 2.23
- Liaison très polarisée → liaison ionique
Na : métal alcalin (groupe 1), Cl : halogène (groupe 17)
Na : [Ne]3s¹ → tendance à perdre 1e⁻
Cl : [Ne]3s²3p⁵ → tendance à gagner 1e⁻
χ(Na) = 0.93, χ(Cl) = 3.16
Δχ = 3.16 - 0.93 = 2.23
Δχ > 1.7 → liaison ionique
Les ions Na⁺ et Cl⁻ s'organisent en réseau cubique à faces centrées
La liaison dans NaCl est ionique car il y a un transfert d'électron du sodium vers le chlore, formant des ions Na⁺ et Cl⁻ liés par force électrostatique
• Électronégativité : Δχ > 1.7 pour liaison ionique
• Configuration stable : Atteindre la configuration du gaz noble
• Force électrostatique : F = k·q₁·q₂/r²
Liaison covalente : Partage d'électrons entre atomes.
- 2 liaisons O-H covalentes polaires
- Angle H-O-H ≈ 104.5°
- Δχ(O-H) = 3.44 - 2.20 = 1.24
- Caractère partiellement ionique
Oxygène central avec 2 liaisons simples avec H et 2 doublets non liants
O : hybridation sp³ (4 orbitales hybrides)
4 doublets autour de O → tétraèdre déformé
Angle H-O-H = 104.5° (inférieur à 109.5° à cause des doublets non liants)
Δχ = 1.24 → liaison polarisée O⁻ - H⁺
Molécule polaire (moment dipolaire ≠ 0)
Ponts hydrogène entre molécules → propriétés uniques de l'eau
La molécule H₂O présente 2 liaisons covalentes polaires O-H avec une géométrie angulaire (104.5°) due aux doublets non liants de l'oxygène
• Règle de l'octet : Atomes tendent à avoir 8 électrons de valence
• Théorie VSEPR : Répulsion des doublets électroniques
• Polarité : Δχ entre 0.5 et 1.7 → liaison covalente polaire
Liaison métallique : Électrons de valence délocalisés dans un réseau d'ions positifs.
- Électrons 4s¹ délocalisés
- Réseau cubique à faces centrées
- "Mer d'électrons" mobiles
- Haute conductivité électrique
Cu : [Ar]3d¹⁰4s¹
1 électron de valence dans 4s
Les atomes deviennent des cations Cu⁺
Les électrons de valence forment une "mer" mobile
Cu cristallise dans le système cubique à faces centrées
Conductivité électrique : électrons libres transportent le courant
Conductivité thermique : agitation des électrons
Ductilité : liaison non directionnelle
Liaison métallique non directionnelle contrairement à la covalente
La liaison métallique dans Cu résulte de la délocalisation des électrons de valence dans un réseau d'ions Cu⁺, permettant la conductivité électrique
• Modèle de la mer d'électrons : Électrons libres dans réseau
• Structure CFC : Empilement compact
• Propriétés métalliques : Liées à la mobilité des électrons
Propriétés liées à la liaison : Les propriétés physiques dépendent du type de liaison.
Forces électrostatiques fortes entre ions
Hautes températures de fusion
Durs mais cassants
Conducteurs en solution, isolants à l'état solide
Réseaux tridimensionnels de liaisons covalentes
Températures de fusion très élevées
Très durs
Isolants (sauf semi-conducteurs)
Ionique : forces électrostatiques
Covalente : forces quantiques de partage
Ionique : non directionnelle
Covalente : très directionnelle
Ionique : cassant (glissement des plans ioniques)
Covalente : dur (liaisons fortes dans toutes les directions)
Les cristaux ioniques sont généralement plus ductiles mais moins durs que les cristaux covalents, avec des températures de fusion intermédiaires
• Énergie de liaison : Plus forte pour liaisons directionnelles
• Propriétés mécaniques : Liées à la nature directionnelle
• Conductivité : Dépend de la mobilité des charges
Caractère ionique/covalent : Déterminé par la différence d'électronégativité.
- Ca : métal alcalino-terreux (groupe 2)
- F : halogène (groupe 17)
- Ca perd 2e⁻ → Ca²⁺
- 2F gagnent 2e⁻ → 2F⁻
Ca (métal) : [Ar]4s²
F (non-métal) : [He]2s²2p⁵
χ(Ca) = 1.00, χ(F) = 3.98
Δχ = 3.98 - 1.00 = 2.98
Δχ = 2.98 > 1.7 → liaison très ionique
Structure fluorine (CaF₂) : Ca²⁺ dans réseau CFC avec F⁻ dans les sites tétraédriques
Haute température de fusion (~1418°C)
Soluble dans l'eau
Conducteur en solution
La liaison dans CaF₂ est très ionique avec Δχ = 2.98, formant un cristal ionique avec structure fluorine
• Classification Pauling : Δχ > 1.7 → liaison ionique
• Stoechiométrie : Ca²⁺ + 2F⁻ → CaF₂
• Structure : Déterminée par taille des ions
Structure diamant : Réseau tridimensionnel de liaisons covalentes C-C.
- Hybridation sp³ pour chaque atome C
- Chaque C lié à 4 autres C
- Angle C-C-C = 109.5°
- Structure cubique face centrée avec motif
Carbone : [He]2s²2p² → promotion → [He]2s¹2p³ → hybridation sp³
4 orbitales sp³ de chaque C forment 4 liaisons σ avec 4 autres C
Tétraèdre régulier autour de chaque atome C
Angle de liaison = 109.5°
2 réseaux CFC décalés de 1/4 de diagonale
8 atomes par maille
Très dur (liaisons covalentes fortes dans toutes les directions)
Haute température de fusion (3550°C)
Isolant (bande interdite large)
Le diamant présente une structure tridimensionnelle de liaisons covalentes C-C en tétraèdre, rendant le matériau extrêmement dur
• Hybridation sp³ : Formation de liaisons σ
• Coordination : 4 pour chaque atome de carbone
• Propriétés mécaniques : Liées à la force des liaisons
Conductivité électrique : Capacité à transporter les charges électriques.
Électrons de valence délocalisés dans le métal
Bandes de valence et de conduction superposées
Électrons peuvent passer librement
Les électrons libres dérivent dans le sens du champ
Création d'un courant électrique
Température (augmentation de la résistance)
Impuretés (diffusion des électrons)
Structure cristalline
Liaison ionique : isolant à l'état solide
Liaison covalente : isolant (sauf semi-conducteur)
Les métaux sont de bons conducteurs car les électrons de valence sont délocalisés et mobiles sous l'action d'un champ électrique
• Modèle des bandes : Superposition des niveaux d'énergie
• Drift des électrons : Mouvement sous champ électrique
• Loi d'Ohm : J = σE (densité de courant)
Température de fusion : Énergie nécessaire pour rompre les liaisons intermoléculaires.
Forces électrostatiques entre ions
Températures de fusion modérément élevées (600-2500°C)
Exemple : NaCl (801°C), CaO (2572°C)
Liaisons covalentes fortes dans tout le cristal
Températures de fusion très élevées (>3000°C)
Exemple : diamant (3550°C), SiO₂ (1713°C)
Force de la liaison métallique varie
Températures de fusion variables (600-3500°C)
Exemple : Na (98°C), W (3422°C)
Forces de Van der Waals faibles
Températures de fusion basses (<100°C)
Exemple : I₂ (114°C), H₂O (0°C)
Covalent > Ionique > Métallique > Moléculaire
L'ordre des températures de fusion est généralement : cristallin covalent > ionique > métallique > moléculaire
• Énergie de liaison : Plus forte → température de fusion plus élevée
• Forces intermoléculaires : Déterminent la stabilité du cristal
• Empilement compact : Influence la force des interactions
Structure de l'ADN : Double hélice avec liaisons covalentes et hydrogène.
- Liaisons covalentes : squelette phosphate-désoxyribose
- Liaisons hydrogène : entre bases complémentaires
- Interactions de Van der Waals : empilement des bases
Liaisons phosphodiester entre nucléotides
Très stables, forment le squelette de l'ADN
A=T (2 liaisons H), G≡C (3 liaisons H)
Moins stables, permettent l'ouverture de la double hélice
Liaisons H maintiennent la structure
Plusieurs liaisons H stabilisent la structure
Liaisons H peuvent être rompues pour séparer les brins
Stabilité relative de la double hélice
Capacité à se dénaturer et renaturer
L'ADN combine des liaisons covalentes stables pour le squelette et des liaisons hydrogène plus faibles pour la double hélice
• Liaisons H : Formées entre H lié à O/N/F et un autre atome
• Complémentarité : A-T et G-C par liaisons H
• Stabilité : Plus de liaisons H → plus stable
Propriétés mécaniques : Dépendent de la nature et de la disposition des liaisons.
Diamant : liaisons C-C très fortes dans toutes les directions
Résultat : très dur, cassant
Forces électrostatiques fortes mais non directionnelles
Résultat : durs mais cassants (glissement des plans chargés)
Non directionnelles, électrons mobiles
Résultat : ductiles, malléables
Plus faibles, influencent la plasticité
Résultat : polymères avec propriétés élastiques
Alliages : combinaison de propriétés
Composites : exploitation des différentes propriétés
Les propriétés mécaniques dépendent de la nature des liaisons (force, directionnalité) et de leur organisation spatiale
• Directionnalité : Liaisons covalentes → propriétés anisotropes
• Force des liaisons : Influence la dureté et la température de fusion
• Glissement des plans : Dépend de la nature des liaisons
