But: Configuration électronique nom r s...

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Chapitre I : atomes et molécules La Chimie au premier semestre But: Configuration consolider les acquis du lycée approfondir les connaissances nombres Configuration électronique sur la structure et les propriétés des éléments 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

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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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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:

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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

Chapitre I : atomes et molécules

Structure de la molécule B4H10Structure de la molécule B4H10

Bore Hydrogène

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