Structures covalentes géantes

Qu'est-ce qu'une structure covalente géante ?

Tu as vu comment les non-métaux forment des liaisons covalentes pour former des molécules. Parfois, ces molécules sont simples et petites, comme la molécule de chlore. La molécule de chlore est diatomique, c'est-à-dire qu'elle est composée de deux atomes. Parfois, les atomes de certains éléments s'assemblent pour former une molécule géante composée de millions d'atomes. Ces molécules sont appelées structures covalentes géantes.

Le diamant, le graphite et le dioxyde de silicium sont des exemples de structures covalentes géantes. Tous les atomes d'une structure covalente géante sont liés par des liaisons covalentes fortes et sont disposés en réseaux cristallins . Leur structure entière est constituée de répétitions d'arrangements uniformes d'atomes.

Structures covalentes géantes : Propriétés

Les structures covalentes géantes sont différentes des molécules simples. Bien que les atomes des deux types de molécules soient liés par des liaisons covalentes, dans les molécules simples, ces liaisons n'existent qu'entre quelques atomes. Dans les structures covalentes géantes, tous les atomes de la molécule entière sont liés par des liaisons covalentes fortes.

Toutes les structures covalentes géantes ont les propriétés générales suivantes -

Points de fusion et d'ébullition élevés

Les liaisons covalentes sont très fortes. Par conséquent, pour rompre les liaisons covalentes entre les atomes, il faut beaucoup d'énergie. Pour faire fondre ou bouillir une substance composée de molécules simples (comme le chlore), il n'est pas nécessaire de rompre les liaisons covalentes entre les atomes de chlore, mais seulement les forces intermoléculaires entre les molécules . Cependant, pour faire fondre une molécule covalente géante, nous devons rompre toutes les liaisons covalentes entre tous les atomes. Cela demande beaucoup d'énergie et c'est pourquoi les molécules covalentes géantes ont des points de fusion et d'ébullition élevés.

Faible conductivité électrique

Lesstructures covalentes gé antes ont une faible conductivité électrique. Elles n'ont pas de porteurs de charge libres ni de charge nette sur la molécule, et ne peuvent donc pas conduire l'électricité.

Insolubles dans l'eau

Les molécules covalentes géantes sont insolubles dans l'eau. Pour qu'une substance soit soluble dans l'eau, elle doit établir des liaisons suffisamment fortes avec les molécules d'eau qui peuvent briser leurs liaisons moléculaires. Mais les molécules covalentes géantes sont généralement inertes en raison de leur structure stable et de la présence de liaisons covalentes fortes. De ce fait, elles ne réagissent pas avec l'eau et ne se dissolvent pas.

Structures covalentes géantes : Exemples

Le diamant

Nous avons commencé cet article en mentionnant le diamant. Tout le monde sait ce qu'est le diamant, mais sais-tu comment il est fabriqué et quelle est sa composition chimique ? Le diamant est un allotrope du carbone. Cela signifie que le diamant est entièrement constitué d'atomes de carbone ! C'est un minéral naturel ( ) qui se forme dans les conditions de température et de pression élevées que l'on trouve entre la croûte terrestre et le manteau supérieur. La structure géante du diamant comporte des atomes de carbone disposés en tétraèdres. Chaque atome de carbone forme des liaisons covalentes simples avec 4 autres atomes de carbone. Tu peux voir la figure pour visualiser la structure.

Disposition tétraédrique des atomes de carbone dans le diamant | Tutormyself

Propriétés du diamant

• La structure du diamant est extrêmement stable. Combiné aux fortes liaisons covalentes entre les atomes de carbone, le diamant est le matériau le plus dur au monde !
• Le diamant est un excellent conducteur de chaleur.
• Le diamant est un mauvais conducteur d'électricité. Cela s'explique par le fait qu'il n'y a pas de charges libres dans la structure du diamant.
• Le diamant a une grande transparence optique. La structure cristalline du diamant laisse passer la lumière allant des ultraviolets aux infrarouges.
• Faible réactivité chimique - La structure du diamant est très stable et les atomes sont étroitement emballés avec de fortes liaisons covalentes entre eux. Ils ne réagissent donc avec aucune substance et sont inertes.
• Point de fusion élevé - 4 027 °C.

Les diamants sont utilisés dans de nombreuses applications telles que la joaillerie, les outils de coupe et de meulage (en raison de leur dureté), la gravure, le polissage, les dissipateurs de chaleur, et bien d'autres applications. Si tu souhaites en savoir plus sur le diamant, tu trouveras un article qui lui est consacré ici.

Le graphite

Le graphite est un autre allotrope du carbone, ce qui signifie qu'il est entièrement constitué d'atomes de carbone. La structure du graphite est très intéressante. Chaque atome de carbone ne forme que 3 liaisons covalentes simples avec 3 autres atomes de carbone. Les atomes forment des anneaux hexagonaux qui s'assemblent pour former une couche. La structure du graphite est formée par l'empilement de plusieurs couches de ce type. Vois la figure pour une meilleure visualisation -

Structure du graphite | Flash Education

Comme chaque atome de carbone n'établit que trois liaisons covalentes, il reste un électron libre non apparié dans chaque atome. Cet électron est délocalisé dans la structure du graphite. Cela signifie que ces électrons ne sont associés à aucun atome en particulier et qu'ils sont libres de se déplacer. Ces électrons sont essentiellement des porteurs de charge et facilitent donc la conduite du courant électrique. Le graphite est donc un bon conducteur d'électricité.

Voyons maintenant quelques autres propriétés du graphite.

Propriétés du graphite

• Point de fusion et d'ébullition élevé - peut résister à ^3000oCsans changer chimiquement en l'absence d'oxygène.
• Conductivité élevée de la chaleur et de l'électricité
• Faible réactivité chimique
• Doux et lisse. Les couches ont de faibles forces intermoléculaires entre elles et peuvent glisser les unes sur les autres.

Le graphite est utilisé dans les mines de crayon, comme lubrifiants et contacts électriques dans les moteurs électriques, pour la borne d'anode dans les batteries, et dans de nombreuses autres applications industrielles. Tu peux lire plus de détails sur le graphite ici.

Dioxyde de silicium

La formule chimique du dioxyde de silicium est _SiO2. C'est le principal composant du sable et du verre. Le dioxyde de silicium est également appelé silice. Comme le diamant, la structure de la silice est tétraédrique.

Disposition tétraédrique des atomes dans le dioxyde de silicium | Mathsmadeeasy

Les atomes de silicium et d'oxygène sont présents dans un rapport de 1:2. Chaque sommet d'un tétraèdre possède un atome de silicium, et il y a un atome d'oxygène entre deux atomes de silicium.

Propriétés du dioxyde de silicium

Comme sa structure est similaire à celle du diamant, ses propriétés sont également similaires à celles du diamant :

• Dureté élevée.
• Point de fusion élevé de ^1713oC et point d'ébullition élevé de ^2950oC.
• Insoluble dans l'eau.
• Trèsfaible réactivité chimique.

Le dioxyde de silicium joue un rôle très important dans la fabrication des semi-conducteurs. Toutes les puces électroniques à microprocesseur ont du dioxyde de silicium comme matériau constitutif. Ils sont également utilisés dans la fabrication d'adhésifs, de béton et de verre. Il est également utilisé dans la fabrication de certains sédatifs.