Prsentation PowerPoint

La matireLamatireest ce qui compose toutcorpsayant uneralittangible. Les quatretatsles plus communs sont l'tat solide, l'tatliquide, l'tatgazeuxet l'tat plasma. La matire occupe de l'espaceet possde unemasse. Ainsi, enphysique, tout ce qui a une masse est de la matire. (https://fr.wikipedia.org/wiki/Mati%C3%A8re)Ce qui constitue ce qui est perceptible par les sens.Matire inorganise, inanime, inerte. Matire vivante. (Dictionnaire Antidote)On dsignepar le terme dematiretout ce qui compose les corps qui nous entourent, tout ce qui a unemasseet un volume.(http://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/matiere-matiere-15841/)Lamatirereprsente lensemble des objets et composs, naturels ou synthtiques, qui nous entourent. (http://www.cnrs.fr/cnrs-images/chimieaulycee/THEMES/matiere/prezmati.htm)Substanceconstituant les corps, doue de proprits physiques.(http://www.larousse.fr/encyclopedie/divers/mati%C3%A8re/68675)a commence mal !

La matire

Un chantillon de matire, pris au hasard, est gnralement un mlange htrogne (= compos de plusieurs phases)

Les mlangesBeaucoup dchantillons de matire comportent visiblement plusieurs domaines. Ce sont des mlanges htrognes gnralement aiss fractionner en systmes homognes.(air + huile)2 domaines(air + huile + eau)3 domaines(air + eau sale sature + sel + rcipient)4 domaines...Une substance est dite homogne, lchelle choisie, si toutes les prises possibles sont indiscernables par le dispositif dobservation utilis. Dans le cas contraire, on reconnat deux ou plusieurs phases, chacune tant homogne dans toute son tendue.du sable marindu lait crmsucre + seldiamants + verre taillune phase vue de loin, plusieurs phases de prsune phase lil nu, deux phases au microscopeune phase au got avec le doigt, ventuellement deux phases au got avec une pince fine, deux phases au microscope

une phase lil non expert, deux phases lil expert, deux phases la masse volumique

Mlanges homognes Corps pursLa grande majorit des systmes homognes restent fractionnables et constituent donc des mlanges homognes dont la sparation des constituants peut savrer dlicate.Le fractionnement rpt des mlanges homognes fournit plus ou moins rapidement des substances qui rsistent aux procds de fractionnement doux et prsentent des caractristiques physiques (masse volumique, temprature dbullition, temprature de fusion ...) propres. Ce sont des corps purs.La reconnaissance dun corps pur demeura longtemps une conviction largement tributaire des progrs techniques et de lingniosit des exprimentateurs.eau sucre(l) eau(g) et sucre(s) (s) = solide ; (l) = liquide ; (g) = gaz eau de mer filtre(l)eau(g) et sels marins(s)air humide(g) air sec(g) et eau(l)air sec(g) air(l) azote(g) , oxygne(g) , argon(g) ...sang frais(l) plasma , globules rouges , globules blancs , plaquettes ... vaporationrefroidissement, compressiondistillationrefroidissementvaporationfiltration, centrifugation

Les corps simplesLentreprise de destruction systmatique (= analyse) de la matire (chauffage, courant lectrique, pression ...) par les chimistes a conduit reconnatre un nombre limit de substances indcomposables par les procds habituels. Ce sont les corps simples.

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Les corps simplesPlusieurs de ces corps simples sont connus depuis (trs) longtemps soit parce quils se trouvent ltat naturel (or, arsenic, soufre ...), soit parce quils sont aisment forms au dpart de minraux (plomb, tain, fer, cuivre ...).

galne (plomb et soufre)

pyrite (fer et soufre)

or

soufre

antimoine

cassitrite (tain et oxygne)

cinabre (mercure et soufre)

malachite (cuivre, carbone, oxygne, hydrogne)

pyrargyrite (argent, soufre et antimoine)

Les corps simplesIci galement, la reconnaissance dun corps simple demeura longtemps une conviction largement tributaire des progrs techniques et de lingniosit des exprimentateurs.Il est prvoir que les terres cesseront bientt dtre comptes au nombre des substances simples ; elles sont les seules de toute cette classe qui nont point de tendance sunir loxygne et je suis port croire que cette indiffrence pour loxygne, sil mest permis de me servir de cette expression, tient ce quelles sont dj satures.Les terres, dans cette manire de voir (ne) seraient (pas) des substances simples, (mais) peut-tre des oxydes mtalliques oxygns jusqu un certain point. Ceci nest au surplus quune simple conjecture que je prsente ici. Jespre que le lecteur voudra bien ne pas confondre ce que je donne pour des vrits de fait et dexprience avec ce qui nest encore quhypothse.(A. Lavoisier , 1793)Corps simple DcouverteCorps simple Dcouverte aluminium(s)Wohler, 1827 chlore(g)Scheele , 1774argon(g)Rayleigh, Ramsay, 1894 fluor(g)Moisson , 1886 azote(g)Rutherford , 1772 hydrogne(g)Cavendish , 1766 baryum(s)Davy , 1808 oxygne(g)Priestley , Scheele bore(s)Davy , Thnard , 1808 phosphore(s)Brand , 1669 brome(l)Balard , 1826 uranium(s)Peligot , 1841

Le cycle du cuivre (https://www.youtube.com/watch?v=dyoVw-bjsU8)

cuivre solution bleueacide nitriquesolution bleue solide bleusoudesolide bleu solide noirchauffagesolide noir solution bleueac. sulfuriquesolution bleue cuivrezincQuelque chose, caractristique du cuivre, sest conserv durant ces cinq transformations.

Vers la notion dlmentLe mme or peut tre rduit en liquide (je lai vrifi moi-mme), par laction de leau rgale ou dautres menstrues en ce sens que les corpuscules dor et ceux du solvant passent ensemble travers un filtre et peuvent ensuite donner naissance, par coagulation, un sel cristallin.Jai prlev une partie dun des sels que javais prpars et jai pu en extraire, par sublimation, de lor sous forme de cristaux jaunes dune certaine longueur. Il existe bien dautres moyens pour dguiser lor en lincorporant dans des corps trs diffrents les uns des autres et du mtal de dpart. Cependant on peut toujours rcuprer quantitativement celui-ci et lidentifier par sa couleur, sa fixit, sa mallabilit.Ce nest pas seulement avec le plus fixe des mtaux que jai obtenu ces rsultats, mais aussi avec le plus fugitif. En effet, le vif-argent peut tre amalgam avec divers mtaux et transform en liqueur par laction de diverses menstrues. Avec de leau forte, il donne soit une poudre blanche soit une poudre rouge, avec lhuile de vitriol, on obtient un prcipit jaune clair, le soufre agit en donnant un cinabre rouge et volatil ... Cependant partir de tous ces composs exotiques on peut rcuprer le mercure que nous y avons introduit et dguis.La raison pour laquelle je vous rapporte ces faits relatifs lor et au mercure est quils montrent quil nest pas absurde dadmettre que les petites masses ou agglomrats primaires dont nous avons parl plus haut restent intacts au cours de toutes ces oprations malgr leur incorporation dans des difices plus complexes. (R. Boyle , 1661)

Ces petites masses qui se conservent lors des transformations chimiques furent ultrieurement baptises atomes.

Vers la notion dlmentCes diverses observations ont conduit implicitement une hypothse qui parat universellement admise : les corps de grandeur pondrables sont constitus par un grand nombre de particules extrmement petites appeles atomes de matire. Il nentre pas dans mon dessein de contester cette hypothse elle me satisfait entirement mais de montrer que nous nen avons pas fait un usage suffisant, et quen consquence nous navons que des ides trs obscures concernant les actions chimiques. J. Dalton , 1808Un atome est un corpuscule de matire qui se conserve lors des transformations (physico-chimiques) de la matire.

Un lment est form de lensemble des atomes de lunivers qui en possdent les proprits chimiques ( prciser). Cest un concept (trs) macroscopique. On associe un symbole chaque lment, comme le faisaient les alchimistes. lment symbole lment symbole lment symbolehydrogne H carboneC soufre Sazote N oxygneO chlore Clfluor F sodium Na fer Fe

Atomes , lments , corps purs , mlangesUne molcule est un assemblage dfini datomes. Cest un concept (gnralement) microscopique.

Atomes , lments , corps pursRemarque importante :le choix historique malheureux dun mme nom pour llment et son corps simple le plus stable (25 C , 1 atm) entretient dans la littrature francophone une regrettable confusion entre ces deux concepts. Les nombreuses traductions approximatives douvrages anglo-amricains o le terme element dsigne indiffremment llment ou le corps simple namliore pas la situation (cf. la confusion entre density , masse volumique et densit).Un corps (pur) simple est form de lensemble des molcules de lunivers qui en possdent les proprits chimiques. Les molcules dun corps simple ne renferment quune seule sorte datomes (un seul lment), parfois un seul atome. Cest un concept (trs) macroscopique.Un corps (pur) compos est form de lensemble des molcules de lunivers qui en possdent les proprits chimiques. Les molcules dun corps compos renferment plusieurs sortes datomes (plusieurs lments). Cest un concept (trs) macroscopique.Un mlange homogne ou non, rsulte de la runion dans lespace de molcules de plusieurs corps purs. Ce concept est microscopique ou macroscopique selon la quantit de molcules mises en jeu.

Les lois stchiomtriques pondralesLa stchiomtrie est la partie de la chimie qui tudie les proportions suivant lesquelles les corps ragissent ; la thorie atomique autorise quelques avances au travers de trois lois pondrales associes la gnralisation de lemploi des balances dans les laboratoires (Lavoisier).

La masse dun systme ferm en raction chimique reste constante.Cette loi de conservation est une consquence directe de la dfinition des atomes comme corpuscules conservs lors des transformations chimiques. La masse atomique dun lment (A) est la masse (mA) dun atome de cet lment.Pour la ractionA2B + 2 C AC + ABC par exemple, une lecture au niveau microscopique indique quune molcule du corps pur compos A2B ragit avec deux atomes du corps pur simple C pour former une molcule du corps pur compos AC et une molcule du corps pur compos ABC.masse des ractifs = (2.mA + mB) + 2.mC = (mA + mC) + (mA + mB + mC) = masse des produits

Les lois stchiomtriques pondrales

La composition pondrale dun corps pur ne dpend pas de son mode de formation.Cette loi est une consquence directe de larrangement dfini des atomes au sein dune molcule (Proust).9 g deau renferment toujours 8 g doxygne (corps simple ou lment ?) et 1 g dhydrogne (corps simple ou lment ?) soit, en pourcentages massiques, % O = 88,9 et % H = 11,1 (corps simples ou lments ?). La composition pondrale dun corps pur est gnralement accessible lexprience.10 g de sel de cuisine librent toujours 3,9 g de sodium (corps simple ou lment ?) et 6,1 g de chlore (corps simple ou lment ?) soit, en pourcentages massiques, % Na = 39,0 et % Cl = 61,0 (corps simples ou lments ?).Pour la molcule A2BC3 on a :% A = 100.2.mA/(2.mA + mB + 3.mC)valeur connue% B = 100.mB/(2.mA + mB + 3.mC)valeur connue% C = 100.3.mC/(2.mA + mB + 3.mC)valeur connueVrifier que ce systme de 3 quations 3 inconnues (mA , mB et mC) ne permet (malheureusement) pas de calculer ces masses atomiques. Pourquoi ?

Les lois stchiomtriques pondralesCette troisime loi pondrale, nonce par Dalton avant sa vrification exprimentale, est une subtile consquence de la thorie atomique et de limpossibilit, cette poque, datteindre les masses atomiques des lments (cf. le dernier exercice de la diapositive prcdente). Seules les masses atomiques relatives ( une rfrence, en gnral llment hydrogne) sont disponibles.Soient trois corps purs renfermant au moins deux lments en commun, A3B2 , AB2C et A2B3D5 par exemple.Si la thorie atomique est exacte, on doit obtenir des fractions simples par combinaisons judicieuses des pourcentages pondraux exprimentaux.

Cette affirmation constitue la loi des proportions multiples.

Les lois stchiomtriques pondralesOn donne les analyses centsimales pour trois corps purs :% Na% Ole bicarbonate de sodium27,357,1le sulfate de sodium32,445,0loxylithe58,941,0(%Na/%O) dans le bicarbonate/(%Na/%O) dans le sulfate = (27,3/57,1)/(32,4/45,0) = 0,664 2/3 (%Na/%O) dans le sulfate/(%Na/%O) dans loxylithe= (32,4/45,0)/(58,9/41,0) = 0,501 1/2 2. Ces belles confirmations de lhypothse atomique ne permettent malheureusement pas de remonter la composition atomique des molcules car on peut former une fraction simple dune infinit de manires. Cest la stchiomtrie volumique qui apportera la solution.Remarques :1. Les valeurs prsentes dans cet exercice sont remarquablement prcises pour lpoque ; les incertitudes de mesure et les impurets des ractifs masquent aisment la fraction simple. Il a fallu presque un sicle pour obtenir une confirmation dfinitive.

La loi stchiomtrique volumiqueLa loi des proportions volumiques (Gay-Lussac) attira rapidement lattention car, tout comme la loi des proportions multiples, elle met en jeu des fractions simples censes reflter laspect microscopique discontinu (atomes, molcules) de la matire.

A temprature et pression fixes, les volumes des gaz forms ou consomms au cours dune transformation chimique sont en rapports simples.Observations :1 mL de chlore(g) + 1 mL dhydrogne(g) 2 mL desprit de sel(g)1 mL doxygne(g) + 2 mL dhydrogne(g) 2 mL deau(g)1 mL dazote(g) + 3 mL dhydrogne(g) 2 mL dammoniac(g)1 mL desprit de sel(g) + 1 mL dammoniac(g) un solide blanc

La loi stchiomtrique volumiqueDans le cadre de lhypothse atomique, une loi stchiomtrique aussi simple suggre linterprtation microscopique suivante ...1 particule de chlore(g) + 1 particule dhydrogne(g) 2 particules desprit de sel(g)1 particule doxygne(g) + 2 particules dhydrogne(g) 2 particules deau(g)1 particule dazote(g) + 3 particules dhydrogne(g) 2 particules dammoniac(g)1 particule desprit de sel(g) + 1 particule dammoniac(g) ? particule dun solide blanc... pour autant que, dans les mmes conditions de temprature et de pression, un volume donn de nimporte quel gaz renferme le mme nombre de particules (atomes ou molcules). 1 mL de chlore(g) + 1 mL dhydrogne(g) 2 mL desprit de sel(g)1 mL doxygne(g) + 2 mL dhydrogne(g) 2 mL deau(g)1 mL dazote(g) + 3 mL dhydrogne(g) 2 mL dammoniac(g)1 mL desprit de sel(g) + 1 mL dammoniac(g) un solide blanc

Cest lhypothsedAvogadro

La loi stchiomtrique volumique Formules molculaires1 particule de chlore(g) + 1 particule dhydrogne(g) 2 particules desprit de sel(g)1 particule doxygne(g) + 2 particules dhydrogne(g) 2 particules deau(g)1 particule dazote(g) + 3 particules dhydrogne(g) 2 particules dammoniac(g)1 particule desprit de sel(g) + 1 particule dammoniac(g) ? particule(s) dun solide blancComme une particule desprit de sel, un corps pur compos, contient au moins un atome dhydrogne et un atome de chlore, chaque particule de chlore ou dhydrogne renferme 2 ou 4 ou ... 2.n atomes. Lhypothse la plus simple (n = 1) savra adquate et on crit ainsi :Cl2(g) + H2(g) 2 HCl(g)O2(g) + 2 H2(g) 2 H2O(g)N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)HCl(g) + NH3(g) NH4Cl(s)Cest de cette manire que furent tablies les premires formules molculaires.