Chimie · Sujet officiel n°2 · Session 2027
Prérequis : modèle de Lewis et règles du duet/octet, géométrie moléculaire (VSEPR), notion de molécule et d'espèce chimique, corps pur, tableau périodique et classification (cycle 4 → Seconde) ; polarité d'une liaison, charges partielles, changements d'état et température d'ébullition, solubilité et miscibilité (Première spé) ; configuration électronique, doublets liants et non liants, quantité de matière, produit scalaire et somme vectorielle, enthalpie standard de réaction et loi de Hess (PCSI). Matériel : burette ou tube effilé, eau distillée, cyclohexane, bâton de PVC (ou règle en plexiglas) et chiffon de laine pour l'électrisation ; série d'alcanes et éthanol / diméthyléther pour les températures d'ébullition (tables) ; tubes à essai, diiode, éthanol, cyclohexane, chlorure de sodium, sulfate de cuivre. Pour la Partie 2 : boîte de modèles moléculaires, simulations PhET « Molecule Shapes » et « Molecule Polarity », modèles cristallins (NaCl, diamant, glace \(I_h\), empilement métallique) ou visualisation 3D projetée.
Trois faits d'observation, familiers et pourtant déroutants. L'eau bout à 100 °C, mais le méthane — de masse molaire quasi identique (\(M(\text{CH}_4) = 16~\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}\) contre \(M(\text{H}_2\text{O}) = 18~\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}\), soit à peine 11 % d'écart) — bout à −161 °C. La glace flotte sur l'eau liquide, alors que presque tous les solides coulent dans leur propre liquide. Et un gecko marche au plafond, retenu par ses seules pattes, sans colle ni ventouse. Ces trois énigmes ont une racine commune : les liaisons et interactions entre entités chimiques, et surtout leur hiérarchie.
Le message central de la leçon — le fil directeur attendu d'un exposé de ce type — est le lien structure microscopique → propriétés macroscopiques. Une température de changement d'état, une solubilité, une masse volumique, la cohésion d'un matériau ne sont pas des propriétés « données » : elles se déduisent de la nature des liaisons internes aux entités et des interactions entre elles. Il faut pour cela une échelle d'énergie claire : les liaisons fortes — la liaison covalente (intramoléculaire), les liaisons ionique et métallique (cohésion du réseau cristallin), de l'ordre de \(100\) à \(1000~\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}\) — d'un côté, les interactions faibles intermoléculaires (van der Waals, \(\sim 1\!-\!10~\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}\) ; liaison hydrogène, \(\sim 10\!-\!40~\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}\)) de l'autre.
Deux exigences épistémologiques traverseront l'exposé. D'abord distinguer le modèle de la réalité : le schéma de Lewis, la charge partielle \(\delta\), le « nuage » électronique sont des représentations, pas des photographies. Ensuite ne jamais confondre la molécule (l'entité, objet du modèle) avec l'espèce chimique (l'ensemble macroscopique observable). Nous partirons du niveau lycée (Première spécialité), où la polarité et les interactions faibles se construisent sur des observations, pour aboutir au niveau CPGE (PCSI), où l'on modélise géométrie, moment dipolaire et cohésion cristalline. Chaque partie sera illustrée par une expérience réalisée et exploitée.
Une liaison covalente est un partage d'un doublet d'électrons entre deux atomes. Mais ce partage est rarement équitable : l'un des deux atomes attire davantage le doublet. La grandeur qui quantifie cette inégalité est l'électronégativité.
Développement complet des deux parties, illustrations expérimentales détaillées, questions d'entretien avec éléments de réponse, biblio commentée. L'accès ouvre les55 leçons et tous les corrigés d'annales jusqu'au 31/08/2027, à 99 € au lieu de 149 € jusqu'au 31 octobre 2026.
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