A1 - NOTIONS DE CHIMIE A1 : Notions de chimie 1. Notions de base a) L’atome L’atome matière. est la base de la L’atome est constitué d’un noyau entouré d’électrons. Le noyau est chargé positivement, les électrons se déplaçant autour du noyau dans un mouvement désordonné et rapide sont chargé négativement. L’atome est électriquement neutre. Le noyau est constitué de nucléons (les protons et les neutrons). Un noyau est caractérisé par le nombre de charge Z (nombre de protons et par le nombre de masse A (nombre de nucléons). Le nombre de neutrons est N=A-Z, le nombre d’électrons correspond au nombre de protons. Les électrons évoluent autour du noyau, répartis dans les couches électroniques. Il existe plusieurs couches, elles ne contiennent qu’un nombre de places déterminé pour les électrons (le nombre de places dans la couche de rang n1* est 2n2). Les électrons remplissent les couches électroniques dans l’ordre naturel ; une couche ne commence à se remplir que si la précédente est saturée. La réactivité d’un atome est définie par sa dernière couche. Pour connaître les atomes qui ont sensiblement les mêmes propriétés chimiques, nous allons les classer dans un tableau : la classification périodique des éléments. 1 n =1 : couche K ; n=2 : couche L ; etc RISQUES CHIMIQUES ET BIOLOGIQUES –RCH 2 www.pompiers-risquestechno.fr 1 A1 - NOTIONS DE CHIMIE b) La classification périodique des éléments Les éléments sont classés par ordre de nombre de charge Z croissant. Chaque ligne (ou période) correspond au remplissage d’une couche électronique. Les éléments placés dans une même colonne ont le même nombre d’électrons périphériques et, par conséquent, sensiblement les mêmes propriétés chimiques. C’est la structure électronique de la couche externe des atomes qui détermine les propriétés chimiques. On peut également les regrouper par famille : c) Les métaux et métaux vrais ont tendance à former facilement des cations en perdant leurs électrons périphériques. Les non-métaux forment facilement des anions en saturant leur couche électronique externe. L’hydrogène dont la structure est très simple (1 proton et 1 électron) se place à part. Les gaz rares sont très inertes chimiquement, ils ont une couche externe saturée. La molécule Les molécules sont des assemblages dans lesquels les atomes ou les ions sont liés entre eux par différentes types de liaisons. Pour acquérir la stabilité, les atomes vont évoluer de manière à saturer leur couche par la perte ou la mise en commun d’électron avec un atome voisin. La molécule peut être représentée de plusieurs façons. RISQUES CHIMIQUES ET BIOLOGIQUES –RCH 2 www.pompiers-risquestechno.fr 2 A1 - NOTIONS DE CHIMIE d) La mole Pour pouvoir observer les atomes ou les molécules, nous sommes obligés d’en prendre une certaine quantité N (nombre d’Avogadro). La mole est la quantité de matière d’un système contenant autant d’entités élémentaires qu’il y a d’atomes dans 0,012 Kg de carbone 12. La mole représente une quantité. La masse molaire est la masse d’une mole de l’espèce chimique considérée. La masse molaire d’un composé moléculaire s’obtient en ajoutant les masses molaires atomiques des éléments entrant dans sa constitution. 2. Notions de changement d'état a) Les différents états La matière peut être divisée en 3 états : Solide : forme propre et volume propre, il y a des liaisons permanentes entre les atomes et les molécules ; Liquide : forme non propre et volume propre, il y a des liaisons temporaires entre les atomes et les molécules ; Gaz : forme non propre et volume non propre, les liaisons entre les molécules sont quasiment nulles. b) Les changements d'états Il peut y avoir : 1 seul état : état monophasique ; Un équilibre entre 2 états : état bi phasique ; Un équilibre entre 3 états : état tri phasique. Les changements d’état dépendent de plusieurs paramètres : La pression (P) ; La température (T) ; Ces paramètres peuvent être mis en relation par une formule : P x V = Constante x T Il suffit de modifier un des 3 paramètres pour changer l’état de la matière. Des expériences ont montré une relation entre la pression et la température, c’est le diagramme du corps pur. Cette représentation graphique nous permet de visualiser les différents états et les paramètres de changement d’état mais également de voir les différents risques physicochimiques. RISQUES CHIMIQUES ET BIOLOGIQUES –RCH 2 www.pompiers-risquestechno.fr 3 Le volume (V). A1 - NOTIONS DE CHIMIE Quelques constantes physico-chimiques apparaissent dans le diagramme : Le point triple : représentatif de triphasé ; c’est l’état le point physique Le point critique : au-dessus de ce point, l’état liquide ou gaz n’est pas établi, nous observons une discontinuité d’état ; La Pression de Vapeur Saturante (PVS) : elle permet de calculer la température d’ébullition en fonction de la pression extérieure. La température d’ébullition d’un liquide reste constante tant qu’il reste du liquide dans le volume. Le changement de paramètre est utilisé dans l’industrie pour stocker certains produits, notamment pour le stockage des Gaz Pétrole Liquéfié où nous avons un équilibre gaz/liquide. 3. Application pratique des différents paramètres Il existe des paramètres permettant de caractériser les principaux risques physico-chimiques d’une matière chimique : Le point éclair (ou point d’inflammabilité): c’est la température minimale à laquelle un liquide donne des vapeurs qui, en présence d’air, peuvent être enflammées dans les conditions normales de température et de pression, au contact d’une source de chaleur : flamme, étincelle… Si l’on retire la source de chaleur, l’inflammation s’arrête. En anglais le point éclair est noté « Flash point » ; Un composé est donc dangereux lorsque cette température est inférieure à la température ambiante. Le point de flamme : c’est la température la plus basse à laquelle on observe l’inflammation définitive des vapeurs émises par le liquide dans l’air ; La température d’auto-inflammation : c’est la température minimale à laquelle un mélange inflammable, de pression et de composition donnée, s’enflamme en l’absence de toute source d’inflammation locale et extérieure au mélange (il existe des substances, appelées pyrophoriques, qui sont susceptibles de réagir « spontanément » avec l’oxygène de l’air). D’autres paramètres spécifiques existent : La solubilité : elle permet de disperser les entités qui constituent les corps (pour cela, il faut un soluté et un solvant). Il y a 3 possibilités : le corps est non miscible, partiellement miscible ou miscible. Les paramètres qui jouent sur la solubilité sont la température, la pression et la concentration. La densité : La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à 4 °C pour les liquides et les solides. Pour les liquides, une mesure précise de densité utilise un pycnomètre. Dans le cas de gaz ou de vapeur, le corps de référence gazeux est l'air, à la même température et sous la même pression. La densité est une grandeur sans dimension et sa valeur s'exprime sans unité de mesure. La turbidité : La turbidité désigne la teneur d'un fluide en matières qui le troublent. Dans les cours d'eau elle est généralement causée par des matières en suspension et des particules colloïdales qui absorbent, diffusent et/ou réfléchissent la lumière. Dans les eaux eutrophes (voir eutrophisation), il peut aussi s'agir de bactéries et de micro-algues. RISQUES CHIMIQUES ET BIOLOGIQUES –RCH 2 www.pompiers-risquestechno.fr 4