Énergie de Liaison Ionique

Énergie de Liaison Ionique

Comprendre l’Énergie de Liaison Ionique

La formation d’une liaison ionique est un processus clé en chimie, impliquant la transfert d’électrons d’un atome à un autre et résultant en la formation de cations et d’anions.

L’énergie de liaison ionique peut être estimée à l’aide du cycle de Born-Haber, une application de la loi de Hess pour le calcul des enthalpies de réaction.

Données

  • Énergie de sublimation du sodium (Na): 108 kJ/mol
  • Énergie d’ionisation du sodium (Na): 496 kJ/mol
  • Énergie de dissociation de la molécule de chlore (Cl2): 243 kJ/mol
  • Affinité électronique du chlore (Cl): -349 kJ/mol
  • Énergie de réseau du chlorure de sodium (NaCl): -788 kJ/mol

Consignes

  1. Écrire les équations pour chaque étape du cycle de Born-Haber pour la formation de NaCl à partir des éléments Na et Cl2. Inclure les étapes suivantes :
    • Sublimation du sodium solide en atome de sodium gazeux.
    • Ionisation du sodium gazeux.
    • Dissociation de la molécule de chlore gazeuse en atomes de chlore gazeux.
    • Addition d’un électron à un atome de chlore gazeux pour former un ion chlorure.
    • Formation du solide NaCl à partir des ions Na+ et Cl-.
  2. Calculer l’énergie totale libérée ou absorbée dans la formation de 1 mole de NaCl à partir des éléments. Utilisez les données fournies et la loi de Hess.
  3. Discuter de la nature exothermique ou endothermique du processus global de formation de NaCl. Expliquez comment les différentes étapes contribuent au bilan énergétique global.

Correction : Énergie de Liaison Ionique

1. Équations du Cycle de Born-Haber pour la Formation de NaCl

a) Sublimation du Sodium Solide en Atome de Sodium Gazeux

  • Na(s) → Na(g)
  • Énergie de sublimation = +108 kJ/mol
    • (Endothermique : Énergie absorbée pour convertir le sodium solide en gaz)

b) Ionisation du Sodium Gazeux

  • Na(g) → Na⁺(g) + e⁻
  • Énergie d’ionisation = +496 kJ/mol
    • (Endothermique : Énergie nécessaire pour enlever un électron)

c) Dissociation de la Molécule de Chlore Gazeuse en Atomes de Chlore Gazeux

  • ½ Cl₂(g) → Cl(g)
  • Énergie de dissociation = +½ × 243 kJ/mol = +121.5 kJ/mol
    • (Endothermique : Énergie nécessaire pour briser la liaison Cl-Cl)

d) Ajout d’un Électron à un Atome de Chlore Gazeux pour Former un Ion Chlorure

  • Cl(g) + e⁻ → Cl⁻(g)
  • Affinité électronique = -349 kJ/mol
    • (Exothermique : Énergie libérée lors de la capture d’un électron par l’atome de chlore)

e) Formation du Solide NaCl à Partir des Ions Na⁺ et Cl⁻

  • Na⁺(g) + Cl⁻(g) → NaCl(s)
  • Énergie de réseau = -788 kJ/mol
    • (Exothermique : Énergie libérée lors de la formation du réseau cristallin)

2. Calcul de l’Énergie Totale

  • Énergie totale

= Énergie de sublimation + Énergie d’ionisation + Énergie de dissociation + Affinité électronique + Énergie de réseau

\( = 108 \, \text{kJ/mol} + 496 \, \text{kJ/mol} + 121.5 \, \text{kJ/mol} – 349 \, \text{kJ/mol} – 788 \, \text{kJ/mol} \)

\( = 108 + 496 + 121.5 – 349 – 788 \, \text{kJ/mol} \)

Calculons cette somme :

\( = 108 + 496 + 121.5 – 349 – 788 \, \text{kJ/mol} \)

Le calcul donne une énergie totale de -411.5 kJ/mol.

3. Nature Exothermique ou Endothermique du Processus

La valeur négative de l’énergie totale (-411.5 kJ/mol) indique que la formation de NaCl est un processus exothermique.

Cela signifie que plus d’énergie est libérée pendant la formation du composé que celle qui est absorbée dans les étapes précédentes. Les étapes clés contribuant à ce bilan énergétique sont :

  • L’affinité électronique du chlore et l’énergie de réseau du NaCl, toutes deux exothermiques, libèrent une grande quantité d’énergie.
  • Les étapes de sublimation, d’ionisation et de dissociation, bien qu’endothermiques, n’absorbent pas autant d’énergie que celle qui est libérée dans les étapes exothermiques.

En conclusion, la formation de NaCl à partir de ses éléments constitutifs est globalement exothermique, principalement due à la forte énergie libérée lors de la formation du réseau cristallin ionique.

Cela démontre l’importance de la stabilité énergétique acquise lors de la formation de liaisons ioniques solides.

Énergie de Liaison Ionique

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