Composés covalents et ioniques : Classification, formules et nomenclature

I : Contexte

La chimie traite de la matière, et il y a une énorme variété de matière dans l’univers. Le comportement de la matière dépend du type d’éléments qui sont présents et de la structure de ces éléments – comment ils sont reliés pour former une molécule. Dans cet exercice, vous évaluerez quelques modèles représentatifs afin de développer les règles utilisées pour classer un composé, pour prédire la formule d’un composé et pour nommer le composé. Cet exercice n’est que le début du travail à effectuer pour maîtriser les règles d’écriture des formules et de la nomenclature. Votre manuel contient des tableaux des noms et des formules des cations et des anions les plus courants, et traite en détail des règles de nomenclature. Vous devrez passer un certain temps avec ce matériel, car les règles formelles de nomenclature peuvent ne pas être présentées en cours, bien qu’elles soient certainement utilisées dans les discussions sur les structures de Lewis et la chimie des réactions.

II : Exercices

Partie A : Composé covalent ou ionique?

De nombreux composés, en particulier ceux discutés dans les cours de chimie générale, sont classés comme composés covalents ou composés ioniques. La classification d’un composé dépend du type de liaison chimique entre les éléments du composé. Dans cette partie de la feuille de travail, vous apprendrez à classer facilement les composés dans l’une des deux catégories.

Dans un composé covalent, les électrons de valence sont partagés entre les deux atomes de la liaison. Ils peuvent être partagés de manière égale (liaison covalente) ou inégale (liaison covalente polaire). Dans une liaison ionique, les électrons sont localisés sur l’un des atomes (ce qui lui donne une charge négative globale), tandis que l’autre atome a une charge positive globale. La différence d’électronégativité entre les deux atomes de la liaison peut aider à prédire si la liaison sera probablement ionique, covalente ou covalente polaire, tout comme le type d’atomes impliqués (métaux ou non-métaux). Une liaison avec deux atomes identiques est toujours covalente pure, tandis qu’une liaison covalente avec deux atomes différents est susceptible d’être covalente polaire.

Caractéristiques des composés covalents et ioniques

Considérez le tableau 1 pour répondre aux questions suivantes.

• Les éléments des composés covalents sont-ils des métaux, des non-métaux, ou un mélange des deux ?

• Les éléments des composés ioniques sont-ils des métaux, des non-métaux, ou un mélange des deux ?

• Comparez les types d’éléments trouvés (métaux ou non-métaux) pour les deux classifications. Quelle tendance voyez-vous dans le type d’élément présent et la classification ?

Classification des composés

• Pour chaque composé covalent, classez le type de liaison comme covalent polaire ou non polaire.

• Quelle tendance voyez-vous dans la classification du composé et le type de liaison formé entre les éléments du composé ?

• Rédigez une règle qui vous permettra de classer un composé comme ionique ou covalent sur la base de ce que vous avez appris en explorant le modèle dans la partie A.

Partie B : Prédire la formule d’un composé ionique

Dans une formule chimique, les indices sont utilisés pour spécifier les numéros d’un type d’atome dans la formule. Par exemple, O2 est interprété comme une molécule formée par deux atomes d’oxygène, et CH3OH est interprété comme une molécule comportant un carbone, quatre hydrogènes et un oxygène. Les exposants sont utilisés pour spécifier la charge d’un ion. Al3+ est interprété comme étant un atome d’aluminium unique avec une charge de 3+, ce qui en fait le cation aluminium.Certains ions sont atomiques, comme Al3+ ou F-, mais il existe également des ions polyatomiques. Certains ions sont atomiques, comme Al3+ ou F-, mais il existe également des ions polyatomiques. Un ion polyatomique est une particule composée de plusieurs atomes, qui portent collectivement une charge ionique. OH- (l’anion hydroxyde) est une particule composée d’un oxygène et d’un hydrogène, et l’entité entière a une charge négative ; NO3- (nitrate) a un atome d’azote et trois atomes d’oxygène avec une charge négative portée par la particule entière. Si la formule d’un composé comporte un exposant, on peut supposer que la substance est un ion, tandis que si la formule ne comporte pas d’exposant, on peut supposer que la charge de la molécule est nulle (neutre).

Caractéristiques des composés ioniques

• En regardant la première colonne, quelle est la charge de chaque composé ionique ?

• D’après la formule du composé ionique, combien de cations et combien d’anions sont présents dans chaque composé ionique ?

• Quelle est la somme de la charge totale des cations plus la charge totale des anions ? Tenez compte du nombre de chaque ion présent dans la formule du composé, ainsi que du signe de la charge de chaque ion.

Equilibrage des charges dans les composés ioniques

• Pourquoi AlF3 a-t-il plus d’ions F- dans la formule du composé ionique que NaF ?

• Pourquoi les parenthèses sont-elles nécessaires dans les formules avec plusieurs ions polyatomiques dans le composé ?

• Considérons un cation avec une charge 4+ et un anion avec une charge 2-. Combien de cations et combien d’anions seraient nécessaires pour un composé ionique formé entre ces deux ions ?

• Rédigez une règle qui vous permettra de prédire le nombre de cations et d’anions présents dans la formule d’un composé ionique. Faites une liste de ce que vous devez savoir pour être capable d’écrire la formule d’un composé ionique.

Partie C : Nomenclature des composés covalents et ioniques

La nomenclature est la dénomination systématique des composés de façon à communiquer le nombre et le type d’éléments ou d’ions présents dans le composé. La compréhension des règles de nomenclature devient de plus en plus importante en chimie organique, car il existe des millions de composés organiques qui ne contiennent que du C, du H et du O. Pour communiquer le nom du composé dont vous parlez, vous devez comprendre comment nommer le composé lorsqu’on vous donne une formule ou une structure, et comment écrire la formule ou la structure d’un composé à partir de son nom. Par exemple, l’éther diméthylique et l’éthanol ont tous deux deux deux atomes de carbone, un atome d’oxygène et six atomes d’hydrogène, mais l’une de ces molécules peut être utilisée comme spray réfrigérant pour éliminer les verrues, tandis que l’autre est un dépresseur du système nerveux qui rend les gens ivres. Nous allons commencer l’exploration de la nomenclature avec des composés covalents simples et des composés ioniques. La nomenclature n’est pas difficile, mais elle est… fastidieuse. Il n’y a pas d’échappatoire à la mémorisation de la nomenclature. Il faut connaître les règles de nomenclature, les formules et les charges des différents ions, pour pouvoir nommer correctement les composés à partir des formules ou écrire les formules à partir des noms.

Nomenclature des composés covalents

Pour les composés covalents du tableau 3, répondez aux questions suivantes.

• Le premier élément écrit dans la formule est-il le plus électronégatif des éléments de la formule, ou le moins électronégatif des éléments ? Cet ordre change-t-il dans le nom du composé ? Qu’est-ce qui change dans le nom du composé ?

• Décrivez comment le nombre d’éléments dans la formule est communiqué dans le nom du composé.

• Considérez les composés du tableau ci-dessus avec le carbone et l’oxygène ou avec l’azote et l’oxygène. Pourquoi est-il important de communiquer les numéros de chaque élément dans le nom ? Pourquoi cela ne fonctionnerait-il pas, par exemple, de donner le nom d’oxyde de carbone pour un composé constitué de carbone et d’oxygène ?

Nomenclature des composés ioniques

Pour les composés ioniques du tableau 4, répondez aux questions suivantes.

• Est-ce que le cation ou l’anion s’écrit en premier dans la formule ? Cet ordre change-t-il dans le nom ?

• Le nombre de cations ou d’anions dans la formule est-il communiqué dans le nom du composé ? Pourquoi pensez-vous qu’il n’est pas nécessaire de le faire ?

• Les noms des cations sont les mêmes que les noms des éléments pour les métaux du groupe principal dans le tableau, mais pas pour les cations du cuivre et du fer. Quelle est la signification du chiffre romain dans les noms des cations du cuivre et du fer ?

Analyse des règles de nomenclature

• Rédigez une courte description des règles de dénomination des composés covalents à partir des composés explorés dans le tableau 3.

• Si l’anion de l’oxygène est appelé oxyde, et l’anion du chlore est appelé chlorure, prédisez le nom des anions du soufre, du brome et de l’azote. Quelle serait la charge de chacun de ces anions ?

• Rédigez une courte description des règles de dénomination des composés covalents en vous basant sur les composés explorés dans le tableau 4.

• Pourquoi n’est-il pas nécessaire de préciser la charge des cations des métaux alcalins ou des métaux alcalino-terreux, mais qu’il est nécessaire de préciser la charge des cations des métaux de transition ?

Ceci a été une brève introduction à la dénomination systématique des composés covalents et ioniques. Seule une petite fraction des nombreux composés possibles a été présentée ici, mais si vous connaissez les règles de nomenclature, et si vous connaissez les formules des ions, vous pouvez nommer n’importe quoi ou interpréter n’importe quel nom.

Partie D : Nomenclature des anions-les -ides, les -ites, les -ates

Nom des anions de soufre, azote et phosphore

• Pour les anions -ide, comment la charge de l’anion est-elle liée à la configuration électronique de l’élément neutre et à la position de l’élément dans le tableau périodique ? Comment la configuration électronique de l’élément change-t-elle lorsqu’il forme l’anion spécifié ?

• Dans la série des anions d’un même élément (les anions contenant du soufre par exemple), quels changements dans la formule de l’anion en passant de l’anion -ide à l’anion -ite et à l’anion -ate ?

• Quelle tendance observez-vous dans le nombre d’atomes d’oxygène en passant des formes -ate des anions aux formes -ite des anions ? Quelle tendance observez-vous dans la charge des anions -ate et -ite ?

• Rédigez un énoncé qui décrit comment vous pourriez prédire la charge de l’anion d’un élément qui aurait la terminaison -ide (chorure ou sulfure, par exemple).

• Le nom général pour la collection d’anions -ate et -ite est oxyanion. Expliquez pourquoi ces ions sont appelés oxyanions.

• Rédigez un énoncé qui décrirait comment déterminer la formule de l’anion -ite d’un élément à partir de la formule de l’anion -ate de cet élément.

Partie E : Nomenclature des anions-les per-ates, les -ates, les -ites, les hypo-ites

Considérez le tableau 6 ci-dessous.

Nommer les anions de chlore et de brome

• En partant du chlorate et du bromate, décrivez le changement de formule observé pour le perchlorate et le perbromate.

• En partant du chlorate et du bromate, décrivez le changement de formule observé pour l’hypochlorite et l’hypobromite.

• Rédigez un énoncé général qui décrit comment déterminer la formule de l’anion per-ate d’un élément à partir de la formule de l’anion -ate de ce composé.

• Rédigez une déclaration générale qui décrit comment déterminer la formule de l’anion hypo-ite d’un élément à partir de la formule de l’anion -ite de ce composé.

Partie F : Nomenclature des oxyacides-les acides -iques et les acides -ous

Considérez le tableau 7 ci-dessous.

Nommer les oxyacides

• Quelle est l’identité du cation pour chacun des acides ?

• Quelle est la tendance dans le nom des acides des oxyanions -ate ?

• Quelle est la tendance dans le nom des acides des oxyanions -ite ?

• Écrivez un énoncé général qui décrit comment prédire la formule et le nom d’un oxyacide lorsqu’on donne la formule et le nom de l’oxyanion.

Partie G : Bingo de la nomenclature

Votre instructeur vous fournira une carte de bingo contenant un mélange de formules et de noms chimiques. Il annoncera les informations manquantes et vous devrez indiquer si vous avez la formule ou le nom correspondant. Le premier élève à trouver cinq formules dans une rangée, une colonne ou une diagonale, annoncera la prochaine série de produits chimiques.