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Le diagramme en barres ci-dessous montre les points de fusion de trois composés ioniques. Laquelle des attributions suivantes est correcte ? (A) où X est MgF2, Y est MgO et Z est NaF. (B) où X est MgO, Y est NaF et Z est MgF2. (C) où X est NaF, Y est MgF2 et Z est MgO. (D) où X est MgO, Y est MgF2 et Z est NaF. Ou (E) où X est NaF, Y est MgO et Z est MgF2.
Le diagramme en barres indique les points de fusion. Le point de fusion d’une substance est la température à laquelle il y a suffisamment d’énergie sous forme de chaleur pour briser les attractions entre les particules ce qui conduit à un passage de l’état solide à l’état liquide. Sur le graphique, le point de fusion est mesuré en degrés Celsius. Dans le cas d’un composé ionique, les particules présentes sont des ions chargés positivement et des ions chargés négativement, qui sont très attirés les uns par les autres. Cette force qui maintient les composés ioniques ensemble est appelée attraction électrostatique, qui est la force d’attraction entre les charges positives et négatives.
Cette force d’attraction doit être brisée pour faire fondre le composé, et il est nécessaire d’avoir de grandes quantités de chaleur pour qu’un composé ionique passe de l’état solide à l’état liquide, en surmontant les fortes d’attractions électrostatiques et en perturbant la structure ordonnée en réseau. Nous pouvons voir que pour les composés ioniques, cela nécessitera généralement des températures extrêmement élevées en regardant l’axe des y du graphique fourni.
Nous devons identifier le choix de réponse qui attribue la plus faible attraction électrostatique et donc le point de fusion le plus bas des trois composés au composé ionique X et le composé avec l’attraction électrostatique la plus forte et donc le point de fusion le plus élevé des trois composés au composé ionique Z, avec un composé ionique Y étant assigné au composé avec un point de fusion supérieur à celui du composé X mais inférieur à celui du composé Z. Pour déterminer cela, nous devons examiner les facteurs qui affectent la force des attractions électrostatiques dans les composés ioniques.
L’un des facteurs influençant l’attraction électrostatique est l’état de charge sur les ions présents dans le composé. En général, les ions de charge un plus ou un moins ont des attractions électrostatiques plus faibles que les ions contenant un état de charge plus élevé, tels que les ions avec une charge de trois plus ou trois moins. Gardons cela en tête et regardons quelques composés ioniques communs. Le sel de table, ou chlorure de sodium, est couramment utilisé dans les aliments pour rehausser le goût et se compose d’ions sodium biologiquement importants, qui sont essentiels pour la fonction nerveuse et musculaire, ainsi que d’ions chlorure, qui sont des ions cruciaux dans de nombreux systèmes du corps, tels que le système circulatoire. Ce composé ionique très important contient des ions un plus et un moins, et son point de fusion est d’environ 800 degrés Celsius, ce qui est assez élevé par rapport aux autres composés domestiques.
Comparons cela à un autre composé ionique utile, le chlorure de magnésium, qui a de nombreuses applications médicales et industrielles importantes et, dans certains cas, est utilisé pour l’ignifugation ou l’extinction de feu. Le chlorure de magnésium contient des ions magnésium et des ions chlorure, les ions magnésium ayant une charge de deux plus et les ions chlorure ayant une charge un moins. En raison de la plus grande charge de l’ion magnésium par rapport à l’ion sodium, dans le chlorure de sodium, le chlorure de magnésium a un point de fusion beaucoup plus élevé d’environ 1400 degrés Celsius. En utilisant cet exemple, nous pouvons voir que lorsque les charges des ions dans un composé ionique augmentent, le point de fusion augmente également.
Voyons maintenant nos choix de réponses. Chacun de nos choix de réponses contient le MgF2, le fluorure de magnésium, ainsi que le MgO, l’oxyde de magnésium et le NaF, le fluorure de sodium. En identifiant les charges des ions dans chacun des composés, nous pouvons déterminer les forces relatives des attractions électrostatiques et donc les points de fusion relatifs. Commençons par le fluorure de magnésium, qui est composé d’ions magnésium et d’ions fluorure. Lorsqu’il est dans un composé ionique, le magnésium perd ses deux électrons de valence formant un ion avec une charge de deux plus, tandis que des ions fluor sont formés lorsque le fluor gagne un électron de valence formant un ion avec une charge de un moins. Nous devons également noter que l’indice de deux dans MgF2 indique que dans le composé ionique, pour chaque ion magnésium, il y a deux ions fluorure présents.
Continuons avec l’oxyde de magnésium ; il est également composé d’ions magnésium ainsi que d’ions oxygène, qui ont une charge de deux moins. Comme lors de la formation d’un ion, l’oxygène gagne deux électrons de valence. Enfin, dans le fluorure de sodium, il y a des ions sodium, qui ont une charge un plus, et des ions fluorures, qui ont une charge de un moins. Nous pouvons maintenant comparer les valeurs des charges de chaque ensemble d’ions. Le fluorure de sodium contient des ions ayant des états de charge les plus faibles avec des charges de un plus et un moins. Ces attractions électrostatiques seraient les plus faibles, donnant à ce composé ionique le point de fusion le plus bas des trois. Par conséquent, nous pouvons dire que le fluorure de sodium est le composé ionique X.
Voyons maintenant les charges des ions dans l’oxyde de magnésium. Parmi les trois composés, l’oxyde de magnésium contient des ions ayant des états de charge les plus élevés, l’ion magnésium avec une charge de deux plus et l’ion oxyde avec une charge de deux moins. Ce composé aurait le point de fusion le plus élevé des trois en raison de la forte attraction électrostatique entre les ions avec des états de charge les plus élevés. Nous pouvons dire que l’oxyde de magnésium est le composé ionique Z.
Enfin, le fluorure de magnésium contient des ions magnésium avec une charge de deux plus et des ions fluorure avec une charge de un moins. Cela signifierait probablement que le fluorure de magnésium aurait un point de fusion entre celui du fluorure de sodium et de l’oxyde de magnésium. Nous pouvons dire que le fluorure de magnésium est le composé ionique Y. Ainsi, le seul choix de réponse qui correspond à nos attributions des trois composés est le choix de réponse (C), où les attributions correctes pour les trois composés ioniques sont X est NaF, Y est MgF2 et Z est MgO.
