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Formation de composés ioniques exothermiques

Formation de composés ioniques exothermiques

Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi la formation de composés ioniques est exothermique? La réponse rapide est que le composé ionique résultant est plus stable que les ions qui l’ont formé. L'énergie supplémentaire des ions est libérée sous forme de chaleur lorsque des liaisons ioniques se forment. Lorsque la réaction libère plus de chaleur que nécessaire pour que cela se produise, la réaction est exothermique.

Comprendre l'énergie de la liaison ionique

Des liaisons ioniques se forment entre deux atomes, avec une grande différence d'électronégativité. En règle générale, il s'agit d'une réaction entre les métaux et les non-métaux. Les atomes sont si réactifs parce qu'ils ne possèdent pas de couches d'électrons de valence complète. Dans ce type de liaison, un électron d'un atome est essentiellement donné à l'autre pour remplir sa couche d'électrons de valence. L'atome qui "perd" son électron dans la liaison devient plus stable car le don de l'électron donne une couche de valence remplie ou à moitié remplie. L'instabilité initiale est tellement grande pour les métaux alcalins et les alcalino-terreux qu'il faut peu d'énergie pour éliminer l'électron externe (ou 2, pour les alcalino-terreux) pour former des cations. Les halogènes, au contraire, acceptent facilement les électrons pour former des anions. Bien que les anions soient plus stables que les atomes, il est encore préférable que les deux types d’éléments puissent s’unir pour résoudre leur problème d’énergie. C'est là que se produit la liaison ionique.

Pour bien comprendre ce qui se passe, envisagez la formation de chlorure de sodium (sel de table) à partir de sodium et de chlore. Si vous prenez du sodium métallique et du chlore gazeux, le sel forme une réaction exothermique spectaculaire (comme dans ce cas, n'essayez pas cela à la maison). L'équation chimique ionique équilibrée est la suivante:

2 Na (s) + Cl2 (g) → 2 NaCl (s)

NaCl existe sous forme de réseau cristallin d'ions sodium et de chlore, où l'électron supplémentaire d'un atome de sodium remplit le "trou" nécessaire pour compléter la couche externe d'électrons d'un atome de chlore. Maintenant, chaque atome a un octet complet d'électrons. D'un point de vue énergétique, il s'agit d'une configuration hautement stable. En examinant la réaction de plus près, vous pourriez vous embrouiller parce que:

La perte d'un électron d'un élément est toujours endothermique (parce que l’énergie est nécessaire pour éliminer l’électron de l’atome.

Na → Na+ + 1 e- ΔH = 496 kJ / mol

Bien que le gain d'un électron par un non-métal soit généralement exothermique (de l'énergie est libérée lorsque le non-métal gagne un octet complet).

Cl + 1 e- → Cl- ΔH = -349 kJ / mol

Donc, si vous faites simplement le calcul, vous pouvez voir que la formation de NaCl à partir de sodium et de chlore nécessite l'ajout de 147 kJ / mol afin de transformer les atomes en ions réactifs. Pourtant, en observant la réaction, nous savons que l’énergie nette est libérée. Que ce passe-t-il?

La réponse est que l'énergie supplémentaire qui rend la réaction exothermique est l'énergie du réseau. La différence de charge électrique entre les ions de sodium et de chlore provoque leur attirance mutuelle et leur rapprochement mutuel. Finalement, les ions de charge opposée forment une liaison ionique les uns avec les autres. L’arrangement le plus stable de tous les ions est un réseau cristallin. Pour casser le réseau de NaCl (énergie du réseau), il faut 788 kJ / mol:

NaCl (s) → Na+ + Cl- ΔHtreillis = +788 kJ / mol

La formation du réseau inverse le signe sur l'enthalpie, donc ΔH = -788 kJ par mole. Donc, même s'il faut 147 kJ / mol pour former les ions, beaucoup plus l'énergie est libérée par la formation de réseau. Le changement d'enthalpie nette est de -641 kJ / mol. Ainsi, la formation de la liaison ionique est exothermique. L'énergie du réseau explique également pourquoi les composés ioniques ont tendance à avoir des points de fusion extrêmement élevés.

Les ions polyatomiques forment des liaisons de la même manière. La différence est que vous considérez le groupe d'atomes qui forme ce cation et cet anion plutôt que chaque atome individuel.


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