Nature des liaisons
Les liaisons chimiques consistent à partager des électrons périphériques entre des atomes voisins, par création d'orbitales moléculaires communes où se situent les électrons de liaison. On considère quatre types de liaisons, susceptibles de se former selon le remplissage des couches électroniques les plus externes des atomes concernés :
La liaison covalente où 2 électrons sont mis en commun, ou partagés, par deux atomes dont la couche électronique externe est presque complète. Ces liaisons de très forte énergie sont très rigides et conduisent à des solides de faible densité.
La liaison ionique où un atome dont la couche externe est presque complète (métalloïde) attire un électron externe peu lié d'un atome différent (métal). Très courante dans les molécules de sels métalliques. Elle forme des solides isolants et rigides.
La liaison métallique assure la cohésion d'ions métalliques très proches les uns des autres (solides de forte densité) par la formation d'une orbitale commune contenant tous les électrons périphériques peu liés aux atomes. Propriétés de conduction très élevées. Ces solides sont tous cristallisés, le plus souvent dans des systèmes cristallins très simples.
Les liaisons faibles regroupent plusieurs types d'attraction par effet de dipôle électrique. Elles sont toutes de faible à très faible énergie et conduisent à des solides de faible rigidité. Très importantes dans la cohésion des liquides et des polymères.
Certaines propriétés des solides sont très caractéristiques de la nature des liaisons qui assurent leur cohésion. En voici quelques unes :
Liaison | Exemple | Propriétés | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Tf | E | α | ρ | D | |||
Covalente | C | électrons partagés | e | e | f | m à e | 0 à f |
Ionique | NaCl | électrons attirés | m à e | e | f | e | 0 |
Métallique | Cu | électrons délocalisés | m à e | m | m | f | e |
Liaisons faibles | H2O | attraction dipolaire | f | f | e | e | m |
Tf = température de fusion
e = élevé
E = module d'élasticité en tension
m = moyen
α= coefficient de dilatation linéaire
f = faible
ρ= résistivité électrique
0 = # nulle
Le caractère mixte des liaisons
Il faut considérer ces définitions comme assez théoriques car, dans de nombreux cas, la cohésion d'un solide ne repose pas entièrement sur un seul type de liaison. Ceci explique que certaines propriétés apparaissent parfois comme contradictoires avec le type de liaison considéré. Par exemple, la liaison métallique forme des solides dont la température de fusion n'excède pas, en moyenne, 1000°C. Cependant, quelques métaux fondent à des températures beaucoup plus élevées, du fait du caractère partiellement covalent de la liaison. Le cas extrême concerne le Tungstène (symbole W pour Wolfram en allemand) dont l'incroyable température de fusion de 3200°C le classe en deuxième place, après le carbone à 3500°C (liaisons strictement covalentes).
La figure suivante illustre le cas de quelques solides liés par des liaisons diverses.