Classe 9
Non-métaux : chlore, carbone, silicium
Comparer le chlore moléculaire aux structures réticulaires et feuilletées du carbone et des composés du silicium.
IntuitionDes non-métaux aux liaisons variées
L’odeur âcre d’une piscine, le carbone du crayon et le sable du verre proviennent de non-métaux très différents. Ils gagnent ou partagent généralement les électrons au lieu de former un réseau métallique.
Un même élément peut avoir plusieurs formes : le carbone est graphite dans le crayon et diamant dans les gemmes ; la silice constitue une grande partie de la croûte terrestre.
ScolaireLe chlore : un non-métal diatomique réactif
Définition: Non-métal
Élément dont les atomes forment souvent des molécules covalentes ou des anions ; états, conductivité et structures sont variés.
Le chlore est un gaz jaune-vert constitué de molécules Cl₂. Il se dissout dans l’eau et réagit en partie pour former de l’acide chlorhydrique et de l’acide hypochloreux.
L’acide hypochloreux désinfecte en oxydant de nombreuses molécules biologiques. L’eau de Javel domestique est généralement une solution d’hypochlorite, pas du chlore dissous.
| Élément | Forme / propriété courante | Usage ou présence |
|---|---|---|
| Chlore | gaz Cl₂ jaune-vert | désinfection contrôlée |
| Carbone | graphite conducteur ; diamant très dur | électrodes, crayons, outils de coupe |
| Silicium | semi-conducteur ; SiO₂ est un solide réticulaire | puces, verre, minéraux silicatés |
Le dioxyde de carbone, gaz moléculaire, est utilisé par les plantes en photosynthèse ; le monoxyde de carbone toxique provient d’une combustion incomplète. La silice forme un réseau étendu, solide et dur, et non des molécules SiO₂ séparées.
Exemple: Quelle quantité de dioxyde de carbone se forme ?
On brûle complètement 0,50 mol de carbone dans un excès de dioxygène. Déterminer la quantité de CO₂.
Solution
L’équation équilibrée donne C:CO₂ = 1:1, donc n(CO₂)=0,50 mol, soit environ 22 g avec M(CO₂)=44,0 g mol⁻¹.
UniversitaireLa structure explique les propriétés
Le graphite est constitué de feuillets d’atomes de carbone : les liaisons covalentes intrafeuillets sont fortes, les interactions interfeuillets plus faibles, ce qui facilite le glissement ; les électrons délocalisés conduisent dans les feuillets. Le diamant forme un réseau tétraédrique tridimensionnel.
Le silicium possède quatre électrons de valence et un réseau de type diamant. Le dopage substitutionnel contrôlé par des éléments des groupes 13 ou 15 crée des semi-conducteurs p ou n ; le fonctionnement dépend d’impuretés maîtrisées.
Exemple: Distinguer les deux oxydes de carbone
Un appareil brûle avec trop peu de dioxygène. Quel oxyde constitue le danger toxique aigu immédiat, CO ou CO₂ ?
Solution
Le CO est le danger aigu : il se fixe fortement à l’hémoglobine et gêne le transport de l’oxygène. Une forte teneur en CO₂ est également dangereuse par manque d’oxygène et hypercapnie, mais par un autre mécanisme.
Références
- Chemistry of the Elements · N. N. Greenwood and A. Earnshaw, 1997