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Chapitre I : atomes et moléculesLa Chimie au premier semestre
But: Configuration consolider les acquis du lycéeapprofondir les connaissances nombres
Configuration électronique
pp fsur la structure et les propriétés
des éléments
nom r s quantiques
Organisation du module Organisation du module « Structure et propriétés des atomes »
20H de cours/TD 20H de cours/TD 2 séances de TP de 3H (début semaine 39)
en rapport direct avec le cours
Chapitre 1 : atomes et molécules
en rapport direct avec le cours
Chapitre I : atomes et moléculesSTRUCTURE ET PROPRIÉTÉS DES ATOMESplan du cours
• I. Atomes et moléculesTP ti d l tiè
• II. Nomenclature
III S d l’ l ifi i
TP conservation de la matière
• III. Structure de l’atome -classificationles particules élémentairesles configurations électroniquesles configurations électroniquesla classification - périodicitéstabilité des édifices électroniques
TP logiciel Mendeleïev
• IV. Chimie nucléairestabilité des atomesréactions nucléaires –types de radioactivitédatation au carbone 14
Chapitre 1 : atomes et molécules
Chapitre I : atomes et moléculesCONTRÔLE DES CONNAISSANCES
2 devoirs chaque module de Chimie:- Le premier après les vacances de la Toussaintp p- Le second à la fin du semestre
Séance de tutorat quelques jours avant le DS1
DS1(1H)
DS2(1H30)
TP
Coeff. 1,2 1,2 0,6
Chapitre 1 : atomes et molécules
Chapitre I : atomes et moléculesSupport en ligne……accès à partir de UMTICE: umtice.univ-lemans.fr
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Taper : « L1 MPCE2I Chimie »
Chapitre 1 : atomes et molécules
Chapitre I : atomes et molécules
Annales avec corrigés des devoirs
T t i !!Chapitre 1 : atomes et molécules
Testez vos connaissances!!
Chapitre I : atomes et moléculesBIBLIOGRAPHIE :
ouvrages tous disponibles à la BU
ATKINS – « chimie générale »
Mac QUARRIE – « chimie générale »
BERNARD – « Cours de chimie minérale »
P ARNAUD C d hi i h iP. ARNAUD – « Cours de chimie-physique »
H-Prépa – « Chimie I »
H-Prépa – « Structure de la matière »Exercices et problèmes corrigés
R. BARLET – « 2. atomistique et structure de la matière »
Chapitre 1 : atomes et molécules
Chapitre I : atomes et molécules
Méth d d t il l Méthode de travail pour le cours
- un résumé polycopié du cours est fourni- un résumé polycopié du cours est fourni
- cours avec support diapositives distribuées endébut de coursdébut de cours
- prise de notes:lé l di i i f icompléter les diapositives fournies
pour se repérer : noter le N° de diapositive
Les diapositives du cours sont consultables à l’adresse:Les diapositives du cours sont consultables à l adresse:
www.univ-lemans.fr/~bboulard
Chapitre 1 : atomes et molécules
Chapitre I : atomes et molécules
1. Introduction1. Introduction
2 L t2 L t2. Les atomes2. Les atomes
3. Les molécules3. Les molécules. m. m
Chapitre 1 : atomes et molécules
Chapitre I : atomes et molécules DIAPO 11 Introduction
L hi i d l ét il
1. Introductiongenèse des éléments
La chimie commence dans les étoiles
Chapitre 1 : atomes et molécules
Le soleil : source des éléments chimiques
Chapitre I : atomes et molécules
genèse des élémentsDIAPO 1
HD
positron Fusion nucléaire
genèse des éléments
H 3He
D
12C
H H
H
4He16O
112 élé t diffé t t
positronsHeH 24 42
11 +→
112 éléments différents sont connus
Dans les étoiles : tous les éléments sont gazeux
Chapitre 1 : atomes et molécules
Condensation sous forme solide formation des planètes
Chapitre I : atomes et molécules
Les éléments à la surface de la terreDIAPO 2
% massique en éléments
oxygènesilicium
Les éléments à la surface de la terre
% massique en éléments à la surface de la terre aluminium
fer calciumsodium
L ’oxygène et le silicium sont les plus abondantson les trouve dans:
potassiummagnésiumhydrogènetitane
on les trouve dans:• le sable (SiO2)• les roches
- aluminosilicates de K, Na, Cachlorecarbone
aluminosilicates de K, Na, Ca- basaltes (MgSiO3, FeSiO3)
• l ’air, l ’eau
On connaît aujourd’hui des millions de composés chimiques:On connaît aujourd hui des millions de composés chimiques:• organiques: contiennent au moins C et H • inorganiques ( ou minéraux): les autres
Chapitre 1 : atomes et molécules
Chapitre I : atomes et molécules
C t él
DIAPO 3
La matière est classée en :
Corps purs et mélangesdeux catégories:
composition
Les composés purs les mélanges
fixe variable
Les composés purs•corps simples•corps composés
les mélanges•homogènes•hétérogènescorps composés hétérogènes
• les corps simples constitués d ’un seul type d ’atomes: Al O O• les corps simples, constitués d un seul type d atomes: Al, O2, O3
• les corps composés, combinaisons bien définies d ’atomes différents: H2O Fe2O3 CaSO4
Chapitre 1 : atomes et molécules
H2 F 2 3 4
Chapitre I : atomes et molécules
Comment reconnaître un mélange?DIAPO 4
Comment reconnaître un mélange?Un mélange est constitué de plusieurs composés et/ou
♣ mélange homogène: constitué d ’une seule phase
g p péléments qui ne sont pas combinés chimiquement
Exemples: le sucre dans le café, l’air
♣ mélange homogène: constitué d une seule phase, uniforme à l ’échelle atomique
p f ,sulfate de cuivre dissous dans l’eaule laiton (alliage CuZn)
♣ mélange hétérogène: constitué de plusieurs phases,pas toujours visibles à l ’œil nu !!!!
Exemples: le sable, la vinaigrettele lait
Chapitre 1 : atomes et molécules
mélange de poudre de diamant et de graphite
Chapitre I : atomes et molécules
Comment reconnaître un mélange?DIAPO 4
Comment reconnaître un mélange?Un mélange est constitué de plusieurs composés et/ou
él h è i é d ’ l h
g p péléments qui ne sont pas combinés chimiquement
Exemples: le sucre dans le café l’air
♣ mélange homogène: constitué d ’une seule phase, uniforme à l ’échelle atomique
Exemples: le sucre dans le café, l’airsulfate de cuivre dissous dans l’eaule laiton (alliage CuZn)le laito (alliage Cu )
Chapitre 1 : atomes et molécules
Chapitre I : atomes et molécules DIAPO 4
Vue au microscope du lait
i iParticules de graisses
Cristaux de caséine
Mélange hétérogène !!
Chapitre 1 : atomes et molécules
Chapitre I : atomes et molécules DIAPO 4
él d d d di d himélange de poudre de diamant et de graphiteMélange hétérogène !!
Carbone graphite Carbone diamant
Chapitre 1 : atomes et molécules
g p
Chapitre I : atomes et moléculesCorps purs et mélanges - séparation
DIAPO 5p p g p
mélanges
hétérogènehétérogène homogène
Séparation physique
Sép ti ph si
filtrationdécantation
centrifugation
distillation fractionnée chromatographie
Séparation physiquecentrifugation cristallisation
Corps pur Corps purCorps pur
électrolyse
Analyse chimique
électrolysespectromètrie de masse
absorption atomiquefluorescence X…
Chapitre 1 : atomes et moléculesElément Elément Elément
Chapitre I : atomes et molécules
Di till ti f ti é
DIAPO 6
Distillation fractionnée
Technique basée sur la différenced l tilité d li id
gaz
On sépare un mélange de liquides
de volatilité des liquides
essence Tep m g q
par ébullition kérosène
empératu
lubrifiant
gasoilpétrole
brut
ure d ’éb
fuel
ullitionColonne à distiller d ’une
asphalte
raffinerie de pétrole
Chapitre 1 : atomes et molécules
Chapitre I : atomes et molécules
Chromatographie DIAPO 6
Le mélange est injecté dans une colonne à l ’aide d ’un gaz porteur (éluant).
Les molécules
Chromatographie
détecteurinjection
Les molécules s ’adsorbent plus ou moins à la surface et
t t à d t colonnej
Gaz porteur
sortent à des temps différents
chromatogramme
injection
0
injection
Chapitre 1 : atomes et molécules
temps0
Chapitre I : atomes et molécules
Une vision imagée de la chromatographieUne vision imagée de la chromatographie….
Un ss im mél n é d êp s Un essaim mélangé de guêpes et de frelons arrive sur un
champ de fleurs
Les abeilles butinent les fleurs, pas les frelons
Les frelons quittent le champ en premier
Chapitre 1 : atomes et molécules
Chapitre I : atomes et moléculescristallisation/précipitation
DIAPO 7
consiste à faire cristalliser un solide à partir d ’une solution:- par évaporation
par mélange de 2 solutions contenant chacune un ion qui
p p
- par mélange de 2 solutions contenant chacune un ion, qui mis en présence l ’un de l ’autre forment un précipité
B 2+ C 2+ ili idBa2+, Ca2+ en milieu acide
CrO4 2-
BaCrO4j
Ca2+ Ba2+ + CrO42- → BaCrO4jaune
C C OC2O4
2-
4 4
CaC2O4blanc
Ca2+ + C2O42- → CaC2O4
Chapitre 1 : atomes et moléculesLes cations Ba2+ et Ca2+ ont été séparés
Chapitre I : atomes et moléculesTechniques de séparation des chercheurs d ’or
DIAPO 7q p
Au départ:mélange de sable et d ’org
CentrifugationCentrifugation( l ’or est plus dense que le sable)
bl fi Sable + fines particules d ’or or
Amalgamation (l ’or se dissout dans Hg) Vapeur de Hg
amalgameDistillation de l ’amalgame
Tvap (Hg) = 357°CT ( Au) = 3080°C
or
Chapitre 1 : atomes et molécules
Tvap( Au) = 3080 C
Chapitre I : atomes et molécules
1. Introduction1. Introduction
2 L t2 L t2. Les atomes2. Les atomes
3. Les molécules3. Les molécules. m. m
Chapitre 1 : atomes et molécules
Chapitre I : atomes et molécules DIAPO 82. Les atomes
Historique-400 avant J C : Démocrite400 avant J.C. : Démocrite
« la plus petite partie indivisible de la matière »en grec, atomos = indivisible
1600-1800 : transition entre l’ Alchimie et
L Chi i M d
1789 : A. Lavoisier « loi de conservation de la masse »
La Chimie « Moderne »
1803: J. Dalton « hypothèse atomique »
1811 : A. Avogadro échelle des masses atomiques relatives
Chapitre 1 : atomes et molécules
Aujourd ’hui, on peut visualiser les atomes…..
Chapitre I : atomes et molécules
Le microscope électronique permet maintenant de DIAPO 8
Le microscope électronique permet maintenant de «voir» les atomes
1 nmImage au microscope m g m p
électronique haute résolution d ’un monocristal de Bore
Les sphères floues de cette photo sont des atomes distincts de Bore dont le rayon est < 1 Å ( 10-10m)
Chapitre 1 : atomes et molécules
Chapitre I : atomes et molécules
Mesure de la masse d’un atome DIAPO 9
Mesure de la masse d un atome
1803: échelle des masses atomiques relatives de Dalton t à l’h d èpar rapport à l’hydrogène
1927: spectromètre de masse d’Aston
l d’ tmesure la masse d’un atomemise en évidence des isotopes
35Cl : 5,807 × 10-23 g 37Cl : 6,138 × 10-23 g 12C : 1 9926 × 10-23 gC : 1,9926 × 10 g
Chapitre 1 : atomes et molécules
Chapitre I : atomes et molécules
Echelle moderne des masses atomiques DIAPO 9
Echelle moderne des masses atomiques
L ’unité de masse atomique (uma) est le 1/12 de l d ’ t d b 12la masse d ’un atome de carbone 12
23g106605,1
12g109926,1uma1 24
23−
−
×=×
=
Ex: La masse atomique du carbone est 12 011 umaEx: La masse atomique du carbone est 12,011 uma
La masse atomique de l ’hydrogène est 1,008 uma
Chapitre 1 : atomes et molécules
Chapitre I : atomes et molécules
mole et masse molaire DIAPO 9
parler d’atomes n’est pas pratique à l ’échelle macroscopique masse d’un atome < 10-22 g !!
mole et masse molaire
Une mole est le nombre d ’atomes dans 12g de 12C
nouvelle grandeur : la mole (mol)
Une mole est le nombre d atomes dans 12g de 12C
atomes10022,6g109926,1
g12mole1 2323 ×=
×=
− g,
Nombre d ’AvogadroNombre d AvogadroN = 6,022 ×1023
La masse molaire (M) est la masse d ’une mole d ’atomes ou de molécules (masse molaire moléculaire)
Chapitre 1 : atomes et molécules
Chapitre I : atomes et molécules
masse atomique – masse molaire masse atomique – masse molaire Ex: La masse atomique du carbone est 12,011 uma
L l i d b t 12 011 La masse molaire du carbone est 12,011 g
masse atomique (g) × N = masse molaire (g)
g106605,112
g109926,1uma1 2423
−−
×=×
=
atomes10022,6g1099261
g12mole1 2323 ×==
− g109926,1 23×
masse atomique (uma) = masse molaire (g)
Chapitre 1 : atomes et molécules
masse atomique (uma) = masse molaire (g)
Chapitre I : atomes et molécules
♦ Introduction
♦ Les atomes
lé l lé l♦ Les moléculesLes molécules
Chapitre 1 : atomes et molécules
Chapitre I : atomes et moléculesDIAPO 10
3 Les moléculesDéfinition
Peu d ’atomes sont isolés dans la nature
3. Les molécules
Peu d atomes sont isolés dans la natureLes molécules sont des combinaisons définies d’atomes ( ≥2) liés entre eux par des liaisons fortes = liaisons covalentesp f
C ’est la plus petite partie d ’un composé qui a les mêmes propriétés chimiques que le composé.
• La formule moléculaire donne le nombre d ’atomes de chaque élément d ’une molécule
• La masse molaire moléculaire est la masse d ’une mole de molécules
Ex: Dans 100g d ’éthanol (C2H5OH) il y a 2,17 moles de moléculesMM (C2H5OH) = 2 × 12 01 + 6 ×1 008 + 16 00 = 46 07g
Chapitre 1 : atomes et molécules
MM (C2H5OH) 2 × 12,01 + 6 ×1,008 + 16,00 46,07g
Chapitre I : atomes et molécules
composition massiqueDIAPO 10
composédumoleune'dmassecomposédumole1dansélément'ldemassemasse% =
composition massique
composédumoleune'dmasse
ex: H2O %2,11OHdeg0118
Hdeg016,2H%%8,88OHdeg0118
Odeg00,16O% ====OHdeg01,18OHdeg01,18 22
formule empirique
Conversion des % massiques en % molaires
100/%% ×=MMmassemole 100/%
% ×=∑ MMmasse
mole
ex: H O %6766%%333310000,16/8,88% ==×= HO
formule moléculaire
ex: H2O %67,66%%33,3310001,1/2,1100,16/8,88
% ==×+
= HO
Chapitre 1 : atomes et molécules
formule moléculaireNécessite de connaître la masse molaire du composé
Chapitre I : atomes et molécules
détermination d ’une formule moléculaire DIAPO 11détermination d une formule moléculaire
Dans 100g de gaz on a:♣ Un gaz contient 81,1% de B et 18,9% de H en masse
M Dans 100g de gaz, on a:
Bore Hydrogène
81 1 18 9
Masses Molaires
B :10,811masse 81,1g 18,9gmoles 7,502 mol 18,750 molrapport des moles 1 2 499≈ 5/2
,
H : 1,008
rapport des moles 1 2,499≈ 5/2
La formule empirique est B2H5
♣ On a mesuré la masse molaire du gaz qui est de 53,32g0232,53
L f l lé l i B H
0,2008,1581,102
,=
×+×
Chapitre 1 : atomes et molécules
La formule moléculaire est B4H10