Liaisons, structure et propriétés de la matière

• Trois types de liaisons maintiennent la matière ensemble : ionique (transfert d’électrons, ions chargés), covalente (paires d’électrons partagées) et métallique (électrons délocalisés).
• La structure suit la liaison : réseaux ioniques géants, petites molécules, polymères, réseaux de structure covalente géante et réseaux métalliques — chacun prédit le point de fusion et la conductivité.
• Le carbone illustre toutes ses facettes : diamant, graphite, graphène, fullerènes ; nanoparticules (chimie uniquement) transforment la surface en propriétés.

Trois liaisons chimiques fortes, toutes expliquées par des forces électrostatiques :

• Ionique — un atome métallique transfère ses électrons externes vers un atome non métallique : les atomes métalliques perdent des électrons pour devenir ions positifs ; les atomes non métalliques les gagnent pour devenir ions négatifs ; les métaux des groupes 1/2 et les non-métaux des groupes 6/7 forment des ions ayant des configurations électroniques de gaz noble. Dessinez le transfert d’électrons avec des schémas point-croix ; déduisez les charges ioniques à partir du numéro de groupe (Groupe 1 → +1, Groupe 2 → +2, Groupe 6 → −2, Groupe 7 → −1).
• Covalent — les atomes non métalliques partagent des paires d'électrons. Maîtrisez les schémas point-croix pour H₂, Cl₂, O₂, N₂, HCl, H₂O, NH₃, CH₄, ainsi que les représentations linéaires pour les petites molécules, les unités répétitives des polymères et les structures géantes covalentes.
• Métallique — un réseau géant d'atomes métalliques avec des électrons externes délocalisés libres de se déplacer dans toute la structure ; le partage de ces électrons confère une forte liaison métallique.

Connaître les limites des modèles : schémas point-croix, modèle balle-bâton, 2D et 3D simplifient — aucune force n'est indiquée, longueurs de liaison fixes, structures géantes dessinées comme de petits fragments. Déduire les formules empiriques à partir de réseaux cristallins ; les formules moléculaires à partir de diagrammes moléculaires.

États de la matière : solide, liquide, gaz ; fusion/congélation au point de fusion, ébullition/condensation au point d'ébullition. La théorie particulaire (petites sphères solides) explique les changements ; plus les forces entre particules sont fortes, plus les points de fusion/ébullition sont élevés. (HT) Limites du modèle simple : aucune force n'est indiquée, toutes les sphères, particules solides. Symboles d'état : (s), (l), (g), (aq).

Les molécules plus grandes → forces intermoléculaires plus fortes → points de fusion/ébullition plus élevés. Les alliages sont plus durs que les métaux purs car des atomes de tailles différentes déforment les couches, empêchant leur glissement.

• Diamant — structure géante covalente où chaque atome de carbone forme quatre liaisons covalentes : très dur, point de fusion très élevé, ne conduit pas.
• Graphite — chaque atome de carbone forme trois liaisons, couches d'anneaux hexagonaux avec aucune liaison covalente entre les couches (doux, glissant — lubrifiant) ; un électron délocalisé par atome → conduit l'électricité comme un métal.
• Graphène — couche unique de graphite : un atome d'épaisseur, résistant, conducteur — électronique et composites.
• Fullerènes — molécules creuses d'hexagones de carbone (plus des anneaux à 5- ou 7- membres) ; Buckminsterfullérène C₆₀ est sphérique. Tubes nanométriques de carbone — fullerènes cylindriques avec d'énormes rapports longueur/diamètre : nanotechnologie, électronique, matériaux.

Nanoscience = structures de 1–100 nm (quelques centaines d'atomes). Les nanoparticules sont plus petites que les particules fines (PM2.5, 100–2500 nm), qui sont plus petites que les particules grossières/poussière (PM10, 1 × 10⁻⁵–2.5 × 10⁻⁶ m).

Surface : volume : lorsque le côté d'un cube diminue 10×, le ratio S:V augmente 10×. Les nanoparticules peuvent présenter des propriétés différentes du matériau en vrac en raison de ce haut ratio — catalyseurs (plus petites quantités nécessaires), délivrance de médicaments, cosmétiques, électronique. Préoccupations : les effets sur l'organisme et dans l'environnement ne sont pas encore entièrement connus.

• Les trois types de liaisons exprimés en termes d'électrons et de forces électrostatiques ; charges ioniques issues des numéros de groupe.
• Schéma point-croix pour les huit molécules nommées ; limites des modèles citées.
• Le tableau des propriétés ci-dessus reconstruit de mémoire — quelles forces sont vaincues lors de la fusion.
• Diamant vs graphite vs graphène vs fullérènes, liaison et propriété.
• (Chimie) Règle du facteur SA:V de 10 ; les trois bandes de taille de particules et utilisations et préoccupations liées aux nanoparticules.