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Chimi Istp Speech1 (1)

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istp - emse
introduction à la chimie
Composés, éléments, atomes, ...
Lavoisier, Dalton, ...
L'atome: électrons, noyau
La réaction chimique
Périodicité des Propriétés des éléments
Le spectre d'émission atomique
quantification des niveaux d'énergie
Energies d'ionisation
La distribution des électrons, nombres quantiques
Le tableau périodique
istp - emse
Composés, éléments, atomes, ...
La plupart des substances qu'on rencontre dans la nature sont des mélanges
Toute substance qui ne peut être décomposée
en substances plus simples est appelée élément.
108 éléments chimiques.
40 éléments = 99.99 % de la nature
10 éléments = 99 % en masse de croûte terrestre + océans + atmosphère
Eléments = deux grandes classes = métaux et non-métaux
métaux
non-métaux
Sodium, Magnésium, Fer, ...
'éclat métallique'
'metallic luster'
faciles à mettre en forme
malléables
bons conducteurs de l'électricité
Azote, Fluor, Chlore, Arsenic, ...
souvent gazeux
difficiles à mettre en forme
_
mauvais conducteurs de l'électricité
istp - emse
Lavoisier
1775-80
réaction chimique
Loi des proportions définies
masse des produits = masse des réactifs
Proust, Dalton
Gay-Lussac, 1808
Dans une substance composée donnée,
les proportions entre les masses des différents éléments constitutifs sont constantes,
quelle que soit la manière dont a été formée cette substance.
istp - emse
Hypothèses de Base de la théorie atomique (Dalton)
la matière est composée de petites particules indivisibles
les atomes (in- sécable = a- tome)
même masse
atomes d'un élément donné
même chimie
atomes de différents éléments
point de vue 'classique'
moderne: Z
masse distincte
comportement différent
les composés chimiques sont constitués d'assemblages d'atomes de différents éléments
molécule : une particule constituée de l'assemblage d'atomes différents
Réaction Chimique
les atomes des molécules sont dissociés les uns des autres
ils se recombinent pour former d'autres molécules
aucun atome n'est créé ni détruit
les atomes eux mêmes ne sont pas modifiés
AC +BD
AB + CD
A,B,C,D
istp - emse
Masse Atomique
loi des proportions définies
Dans une substance composée donnée,
les proportions entre les masses des différents éléments constitutifs sont constantes,
quelle que soit la manière dont a été formée cette substance.
hypothèse atomique
Un élément se caractérise par sa masse
Possibilité de définir une échelle relative des masses des éléments
Un élément pris comme référence (exemple : Hydrogène = 1)
Définition des masses atomiques des éléments
ancienne échelle H=1
nouvelle échelle C=12
(escompté: à chaque élément, une masse entière)
cf définition d'une mole
istp - emse
Thompson, Notion d'électron, une particule sub-atomique
J.J. Thomson, 1897
Arc électrique produit dans un tube à décharge,
déviation par un champ magnétique
mesure de masse / charge
particules de masse trop faible pour être des atomes
1/1840 la masse de l'atome d'hydrogène
ce ne sont pas des atomes,
ces particules (électrons) sont des constituants des atomes
neutralité de l'atome
existence de particules positives
protons
istp - emse
Rutherford, notion de Noyau
L'essentiel de la masse d'un atome est concentrée dans son noyau
Expérience de
Rutherford et Marsden, 1911
écran
fluorescent
l'essentiel des particules
passe à travers la feuille d'or
une partie est déviée
Source de
particules alpha
le Noyau, où se concentre la matière de l'atome,
est 100 000 fois plus petit que l'atome
Atome = Noyau + Electrons,
et beaucoup de vide ...
impact
de la plupart
des particules
feuille d'or
istp - emse
Radioactivité
[ how Rutherford produces particles
for his experience ? ]
Becquerel, 1890: l'Uranium est radioactif
désintégration naturelle des atomes
avec production d'un rayonnement
trois types d'émissions
particules alpha
charge positive
(= 2 charges de l'électron)
= noyaux d'hélium 4
masse = atome d'hélium
particules beta
= électrons
rayonnement gamma
= rayonnement X de haute énergie
(= fréquence plus élevée que le X-ray)
istp - emse
Le neutron (Chadwick, 1932)
Noyau = Protons + Neutrons
Z = Nombre atomique = Nombre de protons = Nombre d'électrons
Chimie = Nombre de Protons
chaque élément est caractérisé par une valeur spécifique de Z
(1 pour l'hydrogène, 8 pour l'oxygène, ..., 92 pour l'uranium, ...)
Protons + Neutrons = A = Nombre de Masse
Z=5
A = 12
12
E
5
protons et neutrons masses équivalentes
électron masse négligeable
7 Neutrons
5 Protons
5 Electrons
masse proton, ou masse neutron
unité de masse atomique
istp - emse
Isotopes
? ? masse proportionelle à Z ??
masse atomique du Carbone : 12
masse atomique du Fluor : 16
..., mais,
masse atomique du Chlore : 35.5 !!
?
la plupart des éléments sont des mélanges de différents isotopes =
même nombre de protons (et d'électrons) et nombres de neutrons différents
Z (nombre atomique = nombre de protons) détermine la chimie de l'élément,
mais les noyaux d'un élément donné peuvent ne pas avoir le même nombre de neutrons
Exemples Hydrogène vs. Deutérium
2
1
H
H
1
1
Chlore-35 = 75.77 %
Chlore-37 = 24.23 %
16
O
8
17
O
8
18
O
8
Chlore = (75.77/100) x 34.97 + 24.23 x (36.97/100) = 35.45.
istp - emse
Réaction Chimique
Exemple
Na
Métal réactif
Réaction
Cl2
Non Métal réactif
NaCl
Solide Cristallisé
'sel de table'
Conservation des masses
Loi de Lavoisier
+ théorie atomique de Dalton
conservation des nombres d'atomes
Une Réaction Chimique doit être 'équilibrée'
istp - emse
'stoechiométrie'
'stoichiometry'
Une Réaction Chimique doit être 'équilibrée'
Na
Cl2
NaCl
Na
2 atomes Cl
H2
+ O2
H2O
O
HH + O O
2H
2O
H
H
2 NaCl
2 Na
2 molécules Na
Cl2
2 NaCl
Cl2
2 H2+ O2
H
H
H
O
2 H2O H
4H
4H 2O
HH
+ O O
HH
O
2H 1O
non 'équilibré'
2O
istp - emse
Les FAMILLES d'éléments
Exemple 1 : Sodium, Potassium, (Lithium, Rubidium, ...)
ALCALINS
métaux, légers, mous
fusion < 200°C
réaction spontanée avec Oxygène ou Eau
réaction violente avec le chlore:
2 M + Cl2
solide
avec l'eau:
2 Na + H2O
2 MCl
gaz
solide
'sel'
2 NaOH + H2
solution 'alcaline'
Exemple 2 : Chlore, Fluor, Brome, ...
Exemple 3 : Magnésium, Calcium, (Strontium, Barium, ...)
HALOGENES
ALCALINO-TERREUX
istp - emse
période
période
ranger les éléments suivant leur masse atomique
6.9
9
10.8
12
14
16
19
20.2
23
24.3
27
28.1
31
32.1
35.5
39.9
Lithium
Beryllium
Bore
Carbone
Azote
Oxygène
Fluor
Néon
Sodium
Magnésium
Aluminium
Silicium
Phosphore
Soufre
Chlore
Argon
Métal très réactif
Métal réactif
Semi métal
Solide non métallique
Gaz diatomique
Gaz diatomique
Gaz diatomique, très réactif
Gaz monoatomique, inerte
Métal très réactif
Métal réactif
Métal
Semi métal
Solide non métallique
Solide non métallique
Gaz diatomique, très réactif
Gaz monoatomique, inerte
Périodicité
Li X
Be X2
B X3
C X4
N X3
O X2
FX
n'existe pas
Na X
Mg X2
Al X3
Si X4
P X3
S X2
Cl X
n'existe pas
istp - emse
ranger les éléménts par périodes
Mendeleieff
placer l'un dessous l'autre les éléments comparables
8
1
4
5
6
7
He
Li
B
C
N
O F
Ne
Na Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
K
Ga Ge As Se Br
Kr
Rb Sr
In
Sn
Sb
Te I
Xe
Cs Ba
Tl
Pb
Bi
Po At
Rn
Ra
A
A
LC
A
LI
N
S
LC
TE A
RR LI
EU NO
X -
Fr
H
de
rio
pé
pé
Ca
A
LO
G
EN
ES
G
A
Z
RA
RE
S
rio
Be
rio
de de
3
H
pé
2
C5.1
Les éléments d'une même colonne
du tableau périodique ont des
propriétés chimiques comparables
istp - emse
Le premier potentiel d'ionisation
en fonction du numéro atomique
atomistique
He
2400
Premier Potentiel d' Ionisation, kJoules / mole
propriété Périodique
Ne
2000
Ar
N
O
GAZ RARES
Kr
Xe
C
1000
Rn
Be
B
Li
200
0
5
Na
K
ALCALINS
20
Rb
40
Cs
Fr
60
Numéro Atomique
80
95
istp - emse
Mendeleieff
1
2
H
3
He
5
4
Li
11
Na
19
K
37
Rb
55
Cs
87
Fr
Be
12
Mg
22
20
21
Ca
Ti
Sc
38
39
40
Sr
Y
Zr
72
56
57..71
Ln
Ba
Hf
89..103
88
Ac
Ra
27
28
Cr
Mn Fe
44
42
43
Mo Tc
Ru
74
76
75
Co
45
Rh
77
Ni
Cu
47
46
Ag
Pd
79
78
Re
Ir
23
24
V
41
Nb
73
Ta
W
25
26
Os
Pt
29
Au
B
6
C
14
Si
32
7
N
15
30
13
Al
31
Zn
48
Cd
80
Ga
Ge
As
50
51
49
In
Sn
Sb
81
82
83
Hg
Tl
Pb
P
33
Bi
F
10
Ne
17
Cl
35
18
Ar
36
Se
Br
53
52
Te
I
84
85
Kr
54
8
O
16
S
34
Po
9
At
Xe
86
Rn
57
Ln
La
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
71
Yb
Lu
89
Ac
Th
Pa
U
Np
Pu
Am
Cm
Bk
Cf
Es
Fm
Md
No
Ac
Lr
istp - emse
métaux et non-métaux
H
Li
He
1
3
Be
4
semi-métaux
métaux
non-métaux
5
C
6
N
7
O
8
F
9
Ne
10
Al
Si
P
S
Cl
Ar
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
Pt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
Pu
Am
Cm
Bk
Cf
Es
Fm
Md
No
Lr
Na
Mg
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Cs
Ba
Ln
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Fr
Ra
Ac
Lanthanides
La
Ce
Pr
Nd
Pm
Actinides
Ac
Th
Pa
U
Np
métaux
Sodium, Magnésium, Fer, ...
'éclat métallique'
'metallic luster'
faciles à mettre en forme
malléables
bons conducteurs de l'électricité
B
2
non-métaux
Azote, Fluor, Chlore, Arsenic, ...
souvent gazeux
difficiles à mettre en forme
_
mauvais conducteurs de l'électricité
istp - emse
métaux et non-métaux
H
Li
Be
Na
Mg
K
Ca
Rb
Sr
Cs
Ba
Fr
Ra
Conduisent la chaleur et l'électricité
Résistance électrique Augmente avec la température
Malléables et ductiles
semi-métaux non-métaux B C N O
métaux
Oxydes, halogénures et hydrures sont non volatiles et fondent à haute temp°
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
He
F
Ne
Al
Si
P
S
Cl
Ar
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
Sn
Sb
Te
I
Xe
Pb
Bi
Po
At
Rn
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
Md
No
Lr
Semi - conducteurs
Nb
Tc
Ag
Y
Zr électrique
Mo Décroît
Cd
In
Ru
Pd
Résistance
avec laRhtempérature
Cassants
Ln
Ta
Re
Os
Ir
Pt
Hg
Hf
W
Au
Tl
Halogénures et hydrures sont volatiles et fondent à basse temp°
Ac
Lanthanides
La
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
isolants
Bk
Fm
Am Cm
ActinidesRésistance
Th
U
Npà la Pu
Cf
Es
Pa Insensible
Ac électrique
température
Ni malléable ni ductile
Oxydes, halogénures et hydrures sont volatiles et fondent à basse temp°
istp - emse
Principaux groupes du Tableau Périodique
H
He
N O F
P
S
Ne
Gaz rares
Al Si
K
C
Halogènes
Na Mg
Alcalino - terreux
B
Alcalins
Li Be
Cl Ar
Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr métaux
Nb ModeTctransition
Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba Ln Hf Ta W Re Os Ir
Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra
Lanthanides La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
métaux de transition interne
Actinides Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
istp - emse
1890 .. 1910 ... Planck, Einstein, Bohr ...
... Schrödinger, 1926
Planck : le rayonnement du corps noir
émission de lumière par un solide porté à haute température (noir ... rouge ... blanc)
émission discontinue, sous forme de 'grains' d'énergie, E = h.nu
Einstein: l'effet photoélectrique
le photon, un grain de lumière, d'énergie E = h . nu
nature corpusculaire de la lumière
Bohr: un modèle 'planétaire' de l'atome d'hydrogène
un nombre défini d'orbites stationnaires
Schrödinger, l'équation 'centrale' de la mécanique quantique
atomistique
istp - emse
Hertz, 1887 (Hallwachs, 1888, Lenard, 1902, ...)
l'effet PhotoElectrique. 1
lumière monochromatique
dirigée sur plaque métal C
dans un tube sous vide
h.ν1
A
C
I
ν1 < ν0
ν0 = fréquence caractéristique du métal utilisé
ampoule
h.ν2
interprétation
e
A
C
atomistique
I
ν2 > ν0
à partir d'un certain seuil,
le rayonnement est
suffisament énergétique
pour arracher des électrons
au métal
apparition d'un phénomène discontinu
ampoule
istp - emse
Hertz, 1887 (Hallwachs, 1888, Lenard, 1902, ...)
quantitatif: Millikan, 1916
l'effet PhotoElectrique. 2
Conditions
h.n lumière monochromatique
A: anode portée à voltage U < cathode
U : champ électrique pour repousser électrons
qui tendraient à quitter C
dirigée sur photocathode C
dans un tube sous vide
si C émet des électrons
I détecte un courant
e
A
C
I
Résultats
un courant apparaît
à partir du moment où l'on dépasse une valeur n0
qui est fonction du matériau de la cathode / anode
en faisant varier U
on peut déterminer l'énergie cinétique des électrons
U
Us
e.Us = h (ν - ν0)
le voltage Us qui "stoppe" le courant
est une fonction linéaire de la fréquence n de la lumière
quand l'énergie cinétique de l'électron est inférieure
à l'énergie potentielle du champ électrique, e.Us,
le courant ne passe plus
bilan énergétique
h.ν = hν0 + e.Us
énergie incidente
= énergie d'ionisation +
n
ν = ν0
énergie cinétique
istp - emse
l'effet PhotoElectrique. 3
h.ν = hν0 + e.Us
bilan énergétique
énergie incidente
= énergie d'ionisation +
E = h (ν − ν0)
énergie
cinétique
du photoélectron
Rb
énergie cinétique
la pente vaut h, constante universelle
K Na
la valeur du seuil
est fonction de la nature du métal
551
nm
V/
539
nm
2.3
0e
V/
5e
2.2
2.0
9e
V/
593
nm
ν = ν0
ν
fréquence du
rayonnement
incident
istp - emse
atomistique
Spectre d'émission d'un élément
= Spectre Discontinu, Spectre de Raies (line spectrum)
raies visibles 656
Exemple: Hydrogène
486
434
lampe à
410
hydrogène
397
nm
1/410
1/434
Balmer - Rydberg :
1/486
1/ l = K . (1/4 - 1/n²)
1/ l
[n= 3, 4, 5, ...]
1/656
1/4 -1/9
1/4 -1/16
1/4 - 1/n²
1/4 -1/25
1/4 -1/36
istp - emse
organisation des spectres d'émission en séries
atomistique
Série de Balmer
En
E2
visible
M
N
L
K
Série de Lyman
En
E1
ultraviolet
Série de Paschen
En
E3
infrarouge
istp - emse
atomistique
spectre caractéristique de l'hydrogène
Niveaux d'Energie
Série de Brackett
E4
En
transition
Balmer - Rydberg :
1/ l = K . (1/4 - 1/n²)
[n= 3, 4, 5, ...]
Série de Paschen
E3
En
Série de Balmer
En
E2
E
1
E
7
Série de Lyman
En
E1
n= 1
E
2
n= 2
n= 3
4
5 67
8
E
1
Interprétation de Bohr
énergie couche n : En = k / n²
énergie couche 2 : E2 = k / 4
saut de
couche n en 2
En - E = k . (1/4 - 1/n²) = h.nn
2
émission photon fréquence
nn
istp - emse
Potentiel d'ionisation d'un élément
atomistique
Il est possible d'arracher un électron à un atome
on produit un ion (cation)
électron
atome
électron
cation
cation
Energie nécessaire = Potentiel d'Ionisation
Premier PI
Na
Deuxième PI
Na
Troisième PI
Na
+
2+
etc.
électron
cation
+
Na
2+
Na
3+
Na
e
e
e
-
-
istp - emse
atomistique
Potentiels d'ionisation successifs du sodium
Na
+
Na
2+
Na
+
Na
2+
Na
3+
Na
-
I1
-
I2
-
I
e
e
e
énergie I = 'potentiel d'ionisation'
3
l'attraction du noyau augmente
I - I >> I - I
2 1
3 2
organisation des électrons
en 'couches'
Potentiel d'ionisation
I <I
n n+1
Mg 'COUCHE' plus interne
Al
100
saut
'COUCHE' 2
saut
'COUCHE' plus externe
I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I 9 I10
10
1
istp - emse
Orbitales = Quatre Nombres Quantiques
n
l
Nombre Quantique Principal
Orbitale de symétrie sphérique
couche K, L, M
Nombre Quantique Azimuthal,
Valeurs Autorisées : 0 .. n-1
s, p, d, f, ...
n=1
n=2
n=3
n=4
...
l= 0
l= 0, 1
l= 0, 1, 2
l= 0, 1, 2, 3
'couche'
n = 1, 2, 3, ...
'sous-couche'
[sharp / principal / diffuse / fundamental]
s
s, p
s, p, d
s, p, d, f
m
l
Nombre Quantique Magnétique
Valeurs Autorisées : -l ... +l
m
s
Nombre Quantique de Spin
2 Valeurs Autorisées : -1/2, +1/2
istp - emse
Nombres n, l, m - Principales Couches et Sous Couches
n
M
L
K
n=3
l
m
l=2
3d
-2
-1
0
l=1
3p
-1
0
+1
l=0
3s
0
l=1
2p
-1
l=0
2s
0
2
l=0
1s
0
2
+1 +2
10
6
2
0
+1
6
n=2
n=1
istp - emse
Principe d'exclusion de Pauli
Dans un atome, deux électrons ne peuvent avoir
les mêmes valeurs des quatre nombres quantiques
n=1
n=2
1s
2s
1 0 0 +1/2
1 0 0 -1/2
remplie avec 2 électrons
2 0 0 +1/2
2 0 0 -1/2
remplie avec 8 électrons
2p 2 1 0 +1/2
2 1 0 -1/2
n=3
3s
3p
3d
2 1 -1 +1/2
2 1 -1 -1/2
2 1 +1 +1/2
2 1 +1 -1/2
remplie avec 18 électrons
istp - emse
Ordre de remplissage des orbitales
l'énergie d'une orbitale croît avec la somme n + l
4s
n+l = 4+0 = 4
exemple
3d
n+l = 3+2 = 5
4s < 3d
exemple
entre orbitales de même n+l, l'énergie croît avec n
l
7
8
4f
5f
6
7
3d
4d
5d
3
4
5
6
2p
3p
4p
5p
4
5
4s
5s
3 (f)
5
2 (d)
1 (p)
3
0
1s
2s
3s
on commence la couche 4
avant d'avoir fini la 3 !!
3d < 4p
valeur
de n+l
8
6d
7
6p
6
6s
8
7p
7
8
7s
8s
istp - emse
3p
4s
2s 1s
2p
3s
3p
3d
1s
2s
2p
3s
3p
4s
2s 1s
2p
'série de
transition'
remplissage de 3d
'à l'intérieur' de 4s
3s
3p 3d
4s
istp - emse
Tableau Périodique - Mendeleieff
Be, Z=4: 1s2 2s2
1
1s2
1s1
IIA
H
2
1
Li
3
1
Na
4
1
K
5
1
Rb
6
1
2s
3s
4s
5s
6s
Cs
7
1
Fr
7s
V, Z=23: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3
2
Be
2
Mg
2
Ca
2
Sr
2
IIIA IVA
VA
1
B
C
N
1
Sc
VB
VIB
VIIB
VIII
Si
P
Ge
As
Sn
Sb
IB
IIB
10
Zn
1
3d
Ti
V
Cr
Zr
Nb
Mo
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
10
1
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Ir
Au
10
Hg
1
Pt
4d
1
Y
Tc
5d
1
Ba
Lu
2
Ra
Lr
Hf
Ta
W
Re
Al
Os
Ga
Tl
VIIA
He
O
F
6
Ne
S
Cl
Ar
Se
Br
Kr
Te
I
Xe
2p
3p
1
IIIB IVB
VIA
6
4p
6
5p
6
6p
Pb
Bi
6
Po
At
Rn
G.R.
IA
4f
Ln
La
2
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Ac
Ac
2
Th
Pa
U
Np
Pu
Am
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
14
Yb
Cm
Bk
Cf
Es
Fm
Md
14
No
5f
istp - emse
Tableau Périodique - Mendeleieff
He
1
H
2
Li
2s
Be
B
C
N
2p O
F
Ne
3
Na
3s
Mg
Al
Si
P
3p S
Cl
Ar
4
K
4s Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
5
Rb
5s
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
6
Cs
6s
Ba
Lu
Hf
Ta
W
7
Fr
7s
Ra
Lr
Ln
La
Ce
Pr
Nd
Pm
Ac
Ac
Th
Pa
U
Np
3d Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
4p Se
Br
Kr
Tc
4d Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
5p Te
I
Xe
Re
5d Os
Ir
Pt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
6p Po
At
Rn
Sm
4f Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Pu
5f Am
Cm
Bk
Cf
Es
Fm
Md
No
istp - emse
Mendeleieff
Séries de Transition
... 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p ...
4s
1
K
3d
2
1
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn Fe
Co
Ni
Cu
1
5s
Rb
2
Sr
4d
Zr
Nb
Mo Tc
10
Ru
Rh
Pd
Ag
1
Cs
6s
2
Ba
5d
Hf
Ta
Ce
Se
Br
5p
1
Cd
In
Sn
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
10
1
Kr
Sb
6
Te
I
Hg
Tl
6p
Pb
4f
2
La
As
Xe
4d
1
Lu
Ge
10
4d
1
Ga
3d
1
Y
Zn
6
10
3d
1
4p
1
10
Pr
Nd
Pm Sm Eu
Bi
14
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
6
Po
At
Rn
densité électronique
istp - emse
K
Densité de charge électronique en
fonction de la distance au noyau,
calculée pour un atome d'argon
L
M
distance
istp - emse
2+ ions à config'
Be Gaz Rare
H
+
Li
+
Na
+
K
He
2+
Be
3+Sb
2+
Mg
2+
Ca
+
2+
Rb Sr
+
+ ions à 18 électrons
Cu externes
3+
Ti
Sc
Y
3+
B
C
3
N
O
3+
Al
Si
3
P
S
Cl
Ar
3+
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
Te
I
Xe
Po
At
Rn
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
+
Cu
2+
Zn
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
+
Ag
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
+
Au
3+
4+
2+
Cd + In 2+Sn
3+Sb
3+
4+
2+
Hg + Tl 2+Pb 3+Bi
Cs
2+
Ba
3+
Ln Hf
Fr
Ra
Ac
F
Ne
Ln
La
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
Ac
Ac
Th
Pa
U
Np
Pu
Am
Cm
Bk
Cf
Es
Fm
Md
No
Lr
istp - emse
istp - emse
substance, mole
substance
notions de base
une forme définie de la matière
quantité de substance
l'eau
le sel
le vin
mesurée en 'nombre de moles'
mole
quantité de substance qui contient autant d'unités (atomes, molécules, ions, ...)
qu'il y a d'atomes de Carbone dans exactement 12 grammes de Carbone-12
23
6,02 . 10
= Nombre d'Avogadro = NA
Si un échantillon d'une substance contient N unités,
il contient N/NA moles
istp - emse
propriété extensive
propriété intensive
notions de base
propriété extensive
qui dépend de la quantité de substance dans l'échatillon considéré
f(n.x) = n.f(x)
masse, volume, ...
propriété intensive
qui est indépendante de la quantité de substance dans l'échatillon considéré
f(n.x) = f(x)
température, densité, pression
propriété molaire, Xm,
valeur d'une propriété extensive X
nombre de moles présentes dans l'échatillon
exemples
masse molaire de l'oxygène-18
masse molaire de l'eau
volume molaire de l'eau à 25°C/1bar
une propriété molaire est une propriété intensive
en effet la valeur d'une propriété extensive X
est proportionnelle à la quantité de substance, n
Xm est la valeur de cette constante de proportionnalité
Xm = X / n
istp - emse
notions de base
unités de mesure de concentration molaire
molarité, molalité, ...
dans une solution
concentration molaire d'un soluté
quantité de soluté
mole/litre
molarité =
volume de solution
quantité de soluté
molalité =
masse de solvant
mole/kg
concrètement à l'échelle atomique
exemple NaCl 1 Mole/litre
distance moyenne entre ions Na+ et Clde quoi mettre 3 molécules d'eau
'solution diluée'
molarité < 0.01 mole/litre
(10 molécules H2O entre Na+ et Cl-)
1 nm (10-6 mm)
istp - emse
l'énergie, 1
loi universelle de la nature
capacité de fournir du travail
the capacity to do work
notions de base
l'énergie ne peut être ni créée ni détruite,
elle se transforme d'une forme en une autre
d'énergie hydraulique (potentielle),
soit un système
en électrique,
en thermique, ...
contenant une quantité donnée de matière
la matière contribue sous deux formes à l'énergie du système
énergie cinétique
énergie potentielle
énergie qu'un corps possède
du fait de sa position
corps de masse m
par rapport à d'autres corps
animé d'une vitesse V
par rapport à un champ de forces
V
point zéro arbitraire
M
E = ½.M.V²
champ de gravité de la terre
point zéro :
énergie zéro à l'altitude 0
corps au repos
V=0
champ électrique
énergie cinétique nulle
énergie potentielle électrique
nulle pour distance infinie entre charges
E=0
istp - emse
l'énergie, 2 énergies potentielles
notions de base
expression de l'énergie potentielle
= dépend du type d'interaction considéré
exemples
énergie d'un corps de masse m dans le champ de gravité terrestre
h = altitude
g = 9,81 m/s²
E = m.g.h
énergie potentielle électrique
deux particules chargée q1 et q2
V=
unité
q1 . q2
4 π.ε0.r
le Joule, 1 kg.m²/s²
atomistique
q1
vide
r
(permittivité ε0)
-19
1 eV (electron-Volt)
1,6 . 10
énergie cinétique d'un électron sous un Volt de d.d.p.
calorie = 4,184 Joule (élever 1 gramme d'eau de 1°C)
J
q2
istp - emse
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