Chimie Générale (Chimie 1) - um c

1 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE DES FRERES MENTOURI FACULTE DES SCIENCES EXACTES DEPARTEMENT DE Chimie Polycopi du cours Chimie G n rale ( Chimie 1) Pr sent par : Bendaoud-Boulahlib Yasmina 2016-2017 Sommaire Chapitre I : Rappels et notions fondamentales 1. Etats de la mati re 2. Atomes et mol cules Atomes Masse atomique Nombre Avogadro Mole et masse molaire Mol cules masse molaire mol culaire Composition massique 3. Les solutions D finition Concentration molaire Concentration massique Normalit Molalit Fraction molaire Dilution d une solution 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 7 7 7 8 8 9 9 9 Chapitre II : Structure de l atome 1. L atome 2. Exp rience de Rutherford Structure de l atome Caract ristique de l atome 3. Les isotopes D termination de la masse des isotopes La masse atomique moyenne La coh sion du noyau Energie de coh sion Comparaison d une r action chimique par une r action nucl aire Unit de l nergie d un lectron L nergie moyenne de liaison nucl aire 10 10 11 12 13 14 14 15 15 15 16 16 16 Chapitre III : La radioactivit 1.

2 D finition 2. Rayonnement Alpha ( ) 3. Rayonnement B ta (- ) 4. Rayonnement B ta (+ ) 5. Rayonnement gamma ( ) 6. La radioactivit naturelle des familles radioactives naturelles 7. La d croissance radioactive 8. Activit o intensit o vitesse radioactive 9. P riode radioactive 10. Domaines d application Chapitre IV : Quantification de l nergie 1. Th orie ondulatoire de la lumi re Ondes lumineuses Th orie quantique (Nature corpusculaire de la lumi re) Effet photo lectrique 2. Spectre optique d mission de l hydrog ne R sultats exp rimentaux Interpr tation du spectre 3. Mod le classique de l atome Mod le de Rutherford Mod le de Bohr Postulats de Bohr Rayon de l atome d hydrog ne Energie de l atome d hydrog ne Transition entre niveaux lectroniques Spectre des ions hydrog no des Les nombres quantiques Energie d ionisation Structure lectrique des atomes poly- lectriques R gle de Klechkowsky R gles de remplissage des orbites atomique Principe de stabilit 18 18 18 18 19 19 19 20 21 21 21 23 23 23 24 24 25 25 26 26 26 27 27 28 29 30 31 32 33 33 33 34 34 Principe d exclusion de Pauli R gle de Hund Couche de valence Chapitre V : Classification p riodique des l ments 1.

3 Principe de la classification p riodique 2. Lignes ou p riodes 3. Colonnes ou groupes Sous-groupes A Sous-groupe B 4. Les diff rents blocs du tableau p riodique 5. Les familles chimiques Les alcalins Les alcalino-terreux Les halog nes Les m taux de transition Les gaz rares La r gle de l octet Chapitre VI : Thermodynamique chimique 1. Introduction Syst me Gaz parfait 2. Le travail des forces de pression (W) 3. Premier principe de la thermodynamique 4. Application du 1er principe au syst me chimique La chaleur d une r action Loi de Hess Cycle de Hess Loi de combinaison fixe de Hess Effet de la temp rature sur la chaleur de la r action, loi de Kirchoff Energie de liaison Energie r ticulaire Chapitre VII : Liaison chimiques 1. La liaison ionique 34 35 35 36 36 36 36 36 36 37 39 39 39 39 40 40 40 42 42 42 42 43 46 47 49 49 50 50 51 52 53 54 54 Formation d une liaison ionique Formation d une paire d ions ( tat gazeux) Facteurs favorisant la liaison ionique Repr sentation de Lewis 2.

4 La liaison covalente Liaison par appariement lectronique Valence d un atome R gle d octet Structure de Lewis des mol cules diatomiques Liaisons datives Structure de Lewis de mol cules poly-atomiques Pour les compos s ioniques R sonance et m som rie Esp ces nombre impair d lectrons L octet incomplet Les octets tendus Param tre de la liaison covalente Force de la liaison Longueur de liaison Chapitre VIII : Cin tique chimique 1. D finition 2. Vitesse de r action 3. Ordre de la r action 4. Mol cularit 5. R action d ordre simple R action d ordre z ro (0) R action d ordre un (1) 6. D termination de l ordre d une r action R f rences bibliographique 54 54 55 55 55 55 56 56 57 57 58 58 58 59 59 59 60 60 61 62 62 62 62 62 63 63 63 63 65 Cours de Chimie G n rale Bendaoud-Boulahlib Yasmina 1 AVANT-PROPOS Le pr sent polycopi de cours que je pr sente, dans le cadre de mon habilitation (HDR) s adresse non seulement aux tudiants des tronc-communs Sciences alimentaire (INATAA), science de la terre, sciences biom dicales (m decine, pharmacie chirurgie dentaire), tronc-communs de la biotechnologie, tronc-communs de l cole nationale polytechnique ; re oivent un enseignement g n ral de Chimie ; mais galement tous ceux qui doivent connaitre les bases modernes de cette science, sans pour autant devoir en traiter chaque jour en sp cialiste.

5 Le pr sent cours constitue une introduction aux lois et concepts qui couvrent les propri t s de la mati re et ses transformations. Bien qu elles aient t con ues pour les tudiants qui se destinent aux sciences alimentaires, sciences biom dicales et pharmaceutiques, leur usage est videmment possible pour qui veut acc der aux fondements de la Chimie . Ce polycopi porte essentiellement sur les notions fondamentales de Chimie g n rale (structure de la mati re). Avec des tudiants de formation et de niveau souvent tr s diff rents, l enseignant du premier cycle de l enseignement sup rieur rencontre des difficult s p dagogiques non n gligeables. Pour cela, un rappel de quelques notions fondamentales (les tats de la mati re, les atomes et les mol cules, les solutions) est n cessaire pour la compr hension du programme que ce soit en cours, en travaux dirig s ou en travaux pratiques.

6 Les notions les plus modernes dans le domaine de la structure de la mati re ont t plus d taill es dans ce cours. Ce polycopi commence par des rappels et des notions g n rales dans le chapitre (I) afin de faire une plate forme aux tudiants. Le chapitre (II) se rapporte la structure de l atome (l atome, les isotopes, ) Le chapitre (III) traite de la radioactivit (r actions nucl aires, loi de d croissance radioactive, ). Dans le chapitre (IV), on tudie la quantification de l nergie dans le mod le semi-atomique (dualit onde-corpuscule de la lumi re, spectre optique de l hydrog ne, mod les classiques de l'atome, spectre des ions hydrog no ). Le chapitre (V) est d di la classification p riodique des l ments o seront trait s plusieurs points (principe de la classification p riodique, lois et propri t s, propri t s physiques et chimiques des familles d' l ments, les familles chimiques).

7 Le chapitre (VI) concerne l tude de la thermodynamique chimique en passant par les propri t s des gaz parfaits, les transformations de l' tat, le 1er principe et l application du 1er principe de la thermodynamique sur les r action chimiques, la loi de Hess et la loi de Kirchoff. Cours de Chimie G n rale Bendaoud-Boulahlib Yasmina 2 Le chapitre (VII) est consacr la liaison chimique (la liaison ionique, la liaison covalente, structure de Lewis, la liaison Le dernier chapitre (chapitre VIII) est r serv la cin tique chimique ou on tudie l' volution dans le temps des syst mes r actionnels Ce polycopi de cours repr sente une synth se des cours que j ai assur s depuis mon recrutement en 2001 ce jour au sein de plusieurs d partements l universit de T bessa (Technologie, science exacte et sciences de la terre) et l universit des fr res Mentouri Constantine ( l institue de l INATAA).)

8 Programme et Contenu de la mati re ( Chimie 1) 1- Notions g n rales 2- Structure de l atome 3- Noyau et radioactivit 4- Classification p riodique des l ments 5- Etat de la mati re 6- Thermodynamique chimique 7- Cin tique chimique Cours de Chimie G n rale Bendaoud-Boulahlib Yasmina 3 Chapitre I : Rappels et notions fondamentales La mati re se trouve dans la nature sous forme de m langes (homog ne ou h t rog ne), et sous formes de corps purs. La s paration des m langes h t rog nes par l action d un proc d physique donne des m langes homog nes, ces derniers peuvent de nouveau tre s par s pour avoir des corps purs. Il existe plusieurs techniques de s paration des constituants d un m lange en corps purs (distillation, d cantation,..) et des constituants de corps purs compos s en corps purs simples ( lectrolyse, radiolyse, etc). Un corps pur est caract ris par ses propri t s chimiques ou physiques (temp rature de fusion, temp rature d bullition, masse volumique, indice de r fraction, ).

9 On distingue deux cat gories de corps purs : Corps purs simples constitu s d un seul type d l ment Exemple : O2, O3, H2, Fe, Corps purs compos s constitu s de deux ou plusieurs l ments Exemple: H2O, FeCl2, HCl, H2SO4, ). La mati re est constitu e donc de particules l mentaires : les atomes, actuellement, il y a 114 esp ces d atomes connues. Elles diff rent par leurs structures et leurs masses . 1. Etats de la mati re La mati re existe sous trois formes : solide, liquide et gaz. La temp rature et la pression jouent un r le tr s important dans le changement d tat. Le passage de la mati re de l tat solide l tat liquide se fait par fusion, de l tat liquide l tat gazeux par vaporisation et de l tat solide l tat gazeux par sublimation. Ces transformations sont illustr es par la Figure 1 ci-dessous : Figure 1. Les tats de la mati re et ses transformations. Cours de Chimie G n rale Bendaoud-Boulahlib Yasmina 4 2.

10 Atomes et mol cules Atomes La notion d atome remonte 400 ans avant , apparaissant dans les crits de D mocrite, un philosophe grec, mais les premi res preuves exp rimentales de l existence des atomes ont t rassembl es en 1805 par Dalton : Loi des proportions d finies nonc e par Joseph Proust, selon laquelle lorsque deux ou plusieurs corps simples s'unissent pour former un compos d fini, leur combinaison s'effectue toujours selon un m me rapport pond ral. Cette loi constitue, avec la loi des proportions multiples, la base de la st chiom trie en Chimie . Loi de conservation de la masse au cours d une r action (Lavoisier lors d une r action chimique, la masse totale des r actifs est gale la masse totale des produits form s ). Lavoisier mit son hypoth se atomique, sugg rant que la mati re est constitu e d atomes et qu un l ment est caract ris par des atomes de m me masse.