| Titre : | Chimie générale : structure de la matière : Cours et exercices corrigés |
| Auteurs : | Fatiha Barka Bouaifel, Auteur ; Nacer Bezzi, Auteur |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Paris : Ellipses, 2021 |
| Collection : | Références sciences, ISSN 2260-8044 |
| ISBN/ISSN/EAN : | 978-2-340-04741-9 |
| Format : | P204 / 24,0 cm |
| Langues: | Français |
| Résumé : |
Cet ouvrage est destiné essentiellement aux étudiants de licence en sciences fondamentales et appliquées dans les domaines des sciences de la matière, des sciences technologiques, des sciences de la nature et de la vie et des sciences médicales. Il décrit d'une manière pédagogique : la structure de l'atome ; la radioactivité et les réactions nucléaires ; la quantification de l'énergie dans les modèles semi-atomique et quantique de l'atome ; la classification périodique des éléments ; la liaison chimique à travers les différentes théories : le modèle de Lewis, la méthode VSEPR, la théorie de l'hybridation et les recouvrements des orbitales atomiques ainsi que la théorie et les diagrammes énergétiques des orbitales moléculaires. Les liaisons intermoléculaires, la polarité et le magnétisme des molécules, ainsi que l'état solide à travers l'étude des forces de cohésion dans les différents types de cristaux, les systèmes, les réseaux et les structures des édifices cristallins sont également bien développés dans ce manuel. |
| Sommaire : |
Chapitre 1 Notions fondamentales de chimie I. Aspects de la matière - Changement d’états .......................................................................11 II. Mélange et corps purs.........................................................................................................12 1. Mélange homogène. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2. Mélange hétérogène. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 III. Atomes et éléments...........................................................................................................14 1. Les lois pondérales et les lois volumétriques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2. Masse atomique - Mole et masse molaire atomique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 IV. Molécules - Masse molaire moléculaire ............................................................................17 V. Solution ...............................................................................................................................18 1. Concentration d’une solution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2. Dilution d’une solution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 VI. Quantité de matière d’une espèce gazeuse.......................................................................21 VII. Unités de mesure ..............................................................................................................22 Exercices d’application............................................................................................................23 Chapitre 2 Structure de l’atome I. Mise en évidence des particules élémentaires. ...................................................................25 1. L’électron. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2. Le noyau de l’atome. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 II. Les caractéristiques de l’atome...........................................................................................32 1. Nuclide ou nucléide. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2. Les isotopes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3. La cohésion du noyau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 III. Radioactivité - Réactions nucléaires...................................................................................37 1. Radioactivité naturelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2. Radioactivité artificielle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 IV. Domaines d’application......................................................................................................44 V. Risques et effets biologiques ..............................................................................................46 Exercices d’application............................................................................................................46 Retrouver ce titre sur Numilog.com ii Table des matières 3. La cohésion du noyau.................................................................... 25 III. Radioactivité - Réactions nucléaires................................................. 27 1. Radioactivité naturelle ................................................................... 27 2. Radioactivité artificielle .................................................................. 33 IV. Domaines d’application ................................................................... 34 V. Risques et effets biologiques ........................................................... 33 Exercices d’application ......................................................................... 36 Chapitre 3 Quantification de l’énergie Modèle semi-atomique I. Dualité onde-corpuscule de la lumière .............................................. 39 1. Ondes lumineuses ....................................................................... 39 2. Nature corpusculaire de la lumière ................................................ 41 3. Effet photoélectrique...................................................................... 41 II. Spectre optique de l’hydrogène......................................................... 42 1. Résultats expérimentaux .............................................................. 42 2. Interprétation du spectre optique ................................................... 43 3. Modèles classiques de l’atome ...................................................... 43 Exercices d’application ......................................................................... 50 Chapitre 4 Modèle quantique de l’atome I. L’hypothèse de Louis de De Broglie .................................................. 53 II. Le principe d’incertitude d’Heisenberg.............................................. 54 III. Le modèle orbital de l’atome............................................................ 55 1. L’équation de Schrödinger ............................................................ 55 2. Interprétation physique de .............................................. 57 3. Expression en coordonnées cartésiennes .................................... 59 IV. Les nombres quantiques................................................................. 61 Chapitre 3 Quantification de l’énergie Modèle semi-atomique I. Dualité onde-corpuscule de la lumière ................................................................................49 1. Ondes lumineuses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2. Nature corpusculaire de la lumière. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3. Effet photoélectrique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 II. Spectre optique de l’hydrogène..........................................................................................52 1. Résultats expérimentaux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2. Interprétation du spectre optique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3. Modèles classiques de l’atome. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Exercices d’application............................................................................................................60 Chapitre 4 Modèle quantique de l’atome I. L’hypothèse de Louis de De Broglie .....................................................................................63 II. Le principe d’incertitude d’Heisenberg ...............................................................................64 III. Le modèle orbital de l’atome .............................................................................................65 1. L’équation de Schrödinger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 2. Interprétation physique de ψ (x, x, z). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 3. Expression en coordonnées cartésiennes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 IV. Les nombres quantiques....................................................................................................71 1. Le nombre quantique principal n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 2. Le nombre quantique secondaire ou azimutal l. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3. Le nombre quantique magnétique m. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 4. Le nombre de spin s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 V. Degré de dégénérescence...................................................................................................73 1. Nomenclature des états. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 2. Expressions mathématiques des solutions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 3. Représentations graphiques des orbitales atomiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4. Description physique des orbitales atomiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 VI. Cas des hydrogénoïdes ......................................................................................................77 VII. Cas des atomes polyélectroniques....................................................................................78 1. Approximation monoélectronique de Slater. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 2. Effet d’écran. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Exercices d’application............................................................................................................80 Retrouver ce titre sur Numilog.com Table des matières iii 1. Le nombre quantique principal n ................................................... 61 2. Le nombre quantique secondaire ou azimutal l............................. 62 3. Le nombre quantique magnétique m ............................................ 62 4. Le nombre de spin s ..................................................................... 62 V. Degré de dégénérescence............................................................... 63 1. Nomenclature des états................................................................ 63 2. Expressions mathématiques des solutions ................................... 63 3. Représentations graphiques des orbitales atomiques ................... 64 4. Description physique des orbitales atomiques .............................. 65 VI. Cas des hydrogénoïdes ................................................................... 67 VII. Cas des atomes polyélectroniques.................................................. 68 1. Approximation monoélectronique de Slater .................................. 68 2. Effet d’écran ................................................................................. 68 Exercices d’application ......................................................................... 70 Chapitre 5 Classification périodique des éléments I. Structures électroniques des atomes ................................................. 71 1. Le principe de stabilité ................................................................. 71 2. Le principe d’exclusion de Pauli.................................................... 72 3. La règle de Hund .......................................................................... 72 4. La règle de Klechkowski ............................................................... 73 II. Le principe de la classification périodique......................................... 75 1. Les lignes ou périodes .................................................................. 75 2. Les groupes chimiques................................................................. 75 3. Les blocs d’éléments .................................................................... 76 III. Les propriétés périodiques des éléments ........................................ 77 1. Le rayon atomique ........................................................................ 77 2. L’énergie d’ionisation.................................................................... 78 3. L’affinité électronique .................................................................... 80 Chapitre 5 Classification périodique des éléments I. Structures électroniques des atomes...................................................................................81 1. Le principe de stabilité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 2. Le principe d’exclusion de Pauli. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 3. La règle de Hund. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4. La règle de Klechkowski. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 II. Le principe de la classification périodique ..........................................................................85 1. Les lignes ou périodes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 2. Les groupes chimiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 3. Les blocs d’éléments. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 III. Les propriétés périodiques des éléments ..........................................................................87 1. Le rayon atomique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 2. L’énergie d’ionisation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 3. L’affinité électronique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 4. L’électronégativité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 5. Les nombres d’oxydation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 IV. Les propriétés physico-chimiques des familles d’éléments...............................................93 1. Les métaux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 2. Les non métaux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 3. Les métalloïdes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 V. La stabilité des ions.............................................................................................................95 Exercices d’application............................................................................................................96 Chapitre 6 La liaison chimique I. La liaison ionique..................................................................................................................97 1. Bilan énergétique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 2. Forces d’attraction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 3. Forces de répulsion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 II. La liaison covalente ...........................................................................................................101 1. La représentation de Lewis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 2. Les paramètres de la liaison covalente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 III. La méthode VSEPR ...........................................................................................................105 1. Géométrie des molécules type AXn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 2. Existence de formules mésomères. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 3. Modification des angles de liaison. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Retrouver ce titre sur Numilog.com iv Table des matières 4. L’électronégativité ........................................................................ 80 5. Les nombres d’oxydation.............................................................. 82 IV. Les propriétés physico-chimiques des familles d’éléments ............ 83 1. Les métaux ................................................................................... 83 2. Les non métaux ............................................................................ 84 3. Les métalloïdes ............................................................................ 85 V. La stabilité des ions ......................................................................... 85 Exercices d’application ......................................................................... 86 Chapitre 6 La liaison chimique I. La liaison ionique ............................................................................... 87 1. Bilan énergétique ......................................................................... 88 2. Forces d’attraction ........................................................................ 89 3. Forces de répulsion ...................................................................... 89 II. La liaison covalente.......................................................................... 91 1. La représentation de Lewis ......................................................... 91 2. Les paramètres de la liaison covalente......................................... 94 III. La méthode VSEPR ........................................................................ 95 1. Géométrie des molécules type AXn................................................ 96 2. Existence de formules mésomères ............................................... 97 3. Modification des angles de liaison ................................................ 98 IV. La liaison covalente dans le modèle quantique ............................. 102 1. L’aspect physique de la liaison ................................................... 103 2. L’aspect mathématique : la méthode C.L.O.A............................. 103 3. La représentation graphique....................................................... 104 4. L’aspect énergétique .................................................................. 105 V. L’hybridation des orbitales atomiques ............................................ 113 1. Combinaison linéaire de 4 orbitales atomiques ........................... 113 IV. La liaison covalente dans le modèle quantique ...............................................................112 1. L’aspect physique de la liaison. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 2. L’aspect mathématique : la méthode C.L.O.A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 3. La représentation graphique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 4. L’aspect énergétique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 V. L’hybridation des orbitales atomiques..............................................................................123 1. Combinaison linéaire de 4 orbitales atomiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 2. Combinaison linéaire de 3 orbitales atomiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 3. Combinaison linéaire de 2 orbitales atomiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 4. Autres types d’hybridation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 VI. La liaison métallique ........................................................................................................130 Exercices d’application..........................................................................................................131 Chapitre 7 Polarité - Magnétisme - Forces intermoléculaires I. Moment dipolaire moléculaire...........................................................................................133 1. Molécules diatomiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 2. Molécules poly-atomiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 3. Moments dipolaires des liaisons. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 II. Magnétisme et structure électronique .............................................................................137 1. Diamagnétisme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 2. Paramagnétisme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 3. Propriétés magnétiques des ions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 III. Forces intermoléculaires..................................................................................................142 1. Les liaisons de Van der Waals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 2. La liaison hydrogène. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Exercices d’application..........................................................................................................149 Chapitre 8 Etat solide - Structures cristallines I. L’état solide ........................................................................................................................151 II. Réseaux cristallins .............................................................................................................152 1. Réseau ponctuel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 2. Les systèmes cristallins. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 3. Grandeurs caractéristiques d’un cristal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 4. Principe de remplissage compact de l’espace. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 III. Les différents types de cristaux ........................................................................................164 Retrouver ce titre sur Numilog.com Table des matières v 2. Combinaison linéaire de 3 orbitales atomiques ........................... 116 3. Combinaison linéaire de 2 orbitales atomiques ........................... 118 4. Autres types d’hybridation ........................................................... 119 VI. La liaison métallique ..................................................................... 120 Exercices d’application....................................................................... 121 Chapitre 7 Polarité - Magnétisme - Forces intermoléculaires I. Moment dipolaire moléculaire .......................................................... 123 1. Molécules diatomiques .............................................................. 124 2. Molécules poly-atomiques ......................................................... 125 3. Moments dipolaires des liaisons ................................................. 126 II. Magnétisme et structure électronique............................................. 127 1. Diamagnétisme ........................................................................... 127 2. Paramagnétisme ........................................................................ 127 3. Propriétés magnétiques des ions................................................ 128 III. Forces intermoléculaires ............................................................... 132 1. Les liaisons de Van der Waals..................................................... 132 2. La liaison hydrogène................................................................... 136 Exercices d’application....................................................................... 139 Chapitre 8 Etat solide - Structures cristallines I. L’état solide ..................................................................................... 141 II. Réseaux cristallins ......................................................................... 142 1. Réseau ponctuel ......................................................................... 143 2. Les systèmes cristallins .............................................................. 147 3. Grandeurs caractéristiques d’un cristal....................................... 150 4. Principe de remplissage compact de l’espace ............................ 152 III. Les différents types de cristaux ..................................................... 154 1. Les cristaux métalliques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 2. Les cristaux ioniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 3. Les cristaux covalents. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 4. Les cristaux moléculaires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 Exercices d’application..........................................................................................................182 Solutions des exercices .........................................................................................................183 Bibliographie .........................................................................................................................199 Index......................................................................................................................................201 |
Disponibilité (3)
| Cote | Support | Localisation | Statut |
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