- décrire et expliquer qualitativement la tendance de la stabilité thermique des nitrates et carbonates, y compris l'effet du rayon ionique sur la polarisation de l'anion volumineux
- décrire et expliquer qualitativement la variation de solubilité et de l'enthalpie changeant de solution, $\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}}$, des hydroxydes et sulfates en termes de grandeurs relatives de l'enthalpie changeant d'hydratation et de l'énergie réticulaire
Groupe 2
Chimie A-Level · Sujet 27
8:06
Groupe 2 (A2)
Voici un énigme. Descendre dans le Groupe 2, du magnésium au baryum, et les hydroxydes deviennent plus solubles. Descendre dans le même groupe, et les sulfates deviennent moins solubles.…
Narration en anglais · Sous-titres anglais + 中文 incrustés
27.1
Stabilité thermique des nitrates et carbonates
Programme
Source : Programme Cambridge International
La stabilité thermique 热稳定性 des nitrates 硝酸盐 et carbonates 碳酸盐 du groupe 2 augmente en descendant dans le groupe. Voici la raison, exprimée en termes de l'influence mutuelle des ions.
Un petit cation 阳离子 avec un petit rayon ionique 离子 radius a une haute densité de charge. Il attire les électrons de l'anion voisin et déforme sa forme — c'est la polarisation 极化. Déformer le grand anion 阴离子 (l'ion carbonate ou nitrate) affaiblit une liaison à l'intérieur, donc le composé se décompose plus facilement.
En descendant dans le groupe, le cation devient plus grand. Sa densité de charge diminue, donc il polarise l'anion moins. L'anion est moins déformé, donc le composé est plus difficile à décomposer — il est plus stable thermiquement et nécessite une température plus élevée pour se décomposer.
Exemple résolu. En descendant dans le groupe 2, les hydroxydes deviennent plus solubles tandis que les sulfates deviennent moins solubles. Expliquez pourquoi ces deux tendances suivent des directions opposées. La solubilité est une course entre l'énergie réticulaire maintenant le solide ensemble et l'énergie d'hydratation récompensant les ions pour la dissolution. Les deux deviennent moins exothermiques lorsque le cation grossit, donc celle qui chute plus vite dicte la tendance. Avec l'ion petit hydroxyde, l'énergie réticulaire dépend fortement de la taille du cation, donc elle chute plus vite que l'énergie d'hydratation : le réseau devient relativement plus facile à briser et la solubilité augmente. Avec l'ion grand sulfate, l'énergie réticulaire est déjà dominée par ce grand anion et change peu en descendant dans le groupe, tandis que l'énergie d'hydratation du cation continue de chuter — donc la solubilité diminue. Nommez les deux énergies et dites laquelle chute plus vite ; simplement réitérer les tendances ne donne aucun point d'explication.
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Échelle de stabilité thermique du groupe 2
Descendez dans le groupe 2 et voyez pourquoi les carbonates deviennent plus difficiles à décomposer.
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Laboratoire de solubilité du groupe 2
Classifiez les composés du groupe 2 selon la tendance de solubilité.
Vocabulaire
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| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| thermal stability/ˈθɜːml stəˈbɪlɪti/ | 热稳定性 | rè wěn dìng xìng |
| nitrate/ˈnaɪtreɪt/ | 硝酸盐 | xiāo suān yán |
| carbonate/ˈkɑːbəneɪt/ | 碳酸盐 | tàn suān yán |
| cation/ˈkætaɪən/ | 阳离子 | yáng lí zi |
| ionic radius/aɪˈɒnɪk ˈreɪdɪəs/ | 离子半径 | lí zi bàn jìng |
| polarisation/ˌpəʊləraɪˈzeɪʃn/ | 极化 | jí huà |
| anion/ˈænaɪən/ | 阴离子 | yīn lí zi |
| enthalpy change of solution/enˈθælpi tʃeɪndʒ ɒv səˈluːʃn/ | 溶解焓变 | róng jiě hán biàn |
| lattice energy/ˈlætɪs ˈenədʒi/ | 晶格能 | jīng gé néng |
| enthalpy change of hydration/enˈθælpi tʃeɪndʒ ɒv haɪˈdreɪʃn/ | 水合焓变 | shuǐ hé hán biàn |
27.1
Solubilité des hydroxydes et sulfates
Lorsqu'un solide ionique se dissout, deux changements d'énergie entrent en concurrence. Le changement d'enthalpie de solution 溶解焓变 est la somme de ceux-ci :
$$\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}} = -\Delta H_{\text{latt}} + \Delta H_{\text{hyd}}$$
- vous devez d'abord séparer le réseau (cela nécessite l'énergie réticulaire 晶格能).
- puis l'eau entoure les ions (cela libère la changement d'enthalpie d'hydratation 水合焓变).
Si l'énergie libérée lors de l'hydratation correspond approximativement (ou bat) l'énergie nécessaire pour briser le réseau, le solide se dissout facilement.
En descendant dans le groupe, tant l'énergie réticulaire que l'enthalpie d'hydratation deviennent plus petites (moins négatives), car le cation est plus grand. Mais elles diminuent à des vitesses différentes, et cela explique les tendances opposées :
| Composé | Tendance de la solubilité 溶解度 en descendant dans le groupe | Pourquoi |
|---|---|---|
| hydroxydes 氢氧化物 | augmente | l'ion $\text{OH}^-$ est petit, donc l'énergie réticulaire chute beaucoup en descendant dans le groupe ; ce changement l'emporte sur la baisse de l'énergie d'hydratation |
| sulfates 硫酸盐 | diminue | l'ion $\text{SO}_4^{2-}$ est grand, donc l'énergie réticulaire reste presque identique ; la baisse de l'énergie d'hydratation domine alors, rendant la dissolution moins favorable |
Vocabulaire
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| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| solubility/ˌsɒljuːˈbɪlɪti/ | 溶解度 | róng jiě dù |
| hydroxide/haɪˈdrɒksaɪd/ | 氢氧化物 | qīng yǎng huà wù |
| sulfate/ˈsʌlfeɪt/ | 硫酸盐 | liú suān yán |
27.1
Conseils d'examen
- La stabilité thermique des carbonates et nitrates augmente en descendant dans le groupe — les cations plus grands polarisent moins l'anion.
- Donner les produits de décomposition : carbonates → oxyde + $\text{CO}_2$ ; nitrates → oxyde + $\text{NO}_2$ + $\text{O}_2$ (gaz brun).
- Les hydroxydes deviennent plus solubles et les sulfates moins solubles en descendant dans le groupe.
- Expliquer les tendances avec la densité de charge du cation (pouvoir polarisant), et non seulement la taille.
Leçons interactives sur ce sujet
Traversez-le étape par étape, avec des exercices à vérification instantanée.