LEPL1301-Chimie1-Synthèse

LEPL1301 - Chimie et chimie physique 1
Synthèse
Version finale
par T. SCHOENAUEN
Juin 2020

Table des matières
I Atomistique 5
1 Notions de base et rappels 6
1.1 Lesystèmeinternational.................................. 6
1.1.1 Lesunitésdebase ................................. 6
1.1.2 Lesunitésdérivées................................. 6
1.1.3 Lespréfixes..................................... 6
1.2 Lamatière.......................................... 7
1.2.1 Lesatomes ..................................... 7
1.2.2 Lesréactions .................................... 7
2 Les électrons 8
2.1 Lescouchesélectroniques ................................. 8
2.1.1 Lesnombresquantiques .............................. 8
2.1.2 Orbitalesélectroniques............................... 8
2.1.3 Le remplissage des couches électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 Énergied’unélectron.................................... 10
2.2.1 Atomed’hydrogène................................. 10
2.2.2 Observations sur les autres atomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3 Propriétésatomiques.................................... 10
2.3.1 Valence ....................................... 10
2.3.2 Électroaffinité et ionisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3.3 Électronégativité.................................. 10
3 Liaisons chimiques 12
3.1 Liaisonsintramoléculaires ................................. 12
3.1.1 Liaisonsioniques .................................. 12
3.1.2 Liaisonscovalentes................................. 12
3.1.3 Liaisonsmétalliques ................................ 13
3.2 Cristauxioniques...................................... 13
3.2.1 Structurescristalines................................ 14
3.2.2 Énergies de formations de cristaux ioniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3 Théoriesdeliaisons..................................... 15
3.3.1 Théorie des liaisons de valences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3.2 Théorie des orbitales moléculaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.3.3 ModèleVSEPR................................... 17
3.4 Liaisonsintermoléculaires ................................. 17
3.4.1 PontHydrogènes.................................. 17
3.4.2 ForcesdevanderWaals.............................. 17
1

II Thermodynamique 19
4 Les gazs parfaits 20
4.1 Pressiond’ungaz...................................... 20
4.1.1 Pression d’un gaz en pratique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.1.2 Pressionpartielle.................................. 20
5 L’enthalpie 22
5.1 Le premier principe de la thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
5.1.1 L’énergieinterne .................................. 22
5.1.2 Le travail mécanique w.............................. 22
5.1.3 Le travail thermique q............................... 23
5.2 L’enthalpie ......................................... 24
5.2.1 Enthalpiedeformation .............................. 24
5.2.2 Enthalpiederéaction ............................... 24
5.2.3 Enthalpie molaire relative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5.2.4 Enthalpies de changements de phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
6 L’entropie 26
6.1 Distributiondel’énergie.................................. 26
6.1.1 Micro-état et macro-état . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
6.1.2 Entropie macroscopique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
6.1.3 Entropiequantique................................. 27
6.2 Calculs de variations d’entropies de gazs parfaits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
6.2.1 En cas d’expansion et isotherme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
6.2.2 En cas d’élévation de température non-réversible et isochore . . . . . . . . . . 27
6.2.3 En cas d’élévation de la température et d’expansion . . . . . . . . . . . . . . 27
6.3 Second principe de la thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
6.3.1 Concept d’irréversibilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
6.3.2 Énoncé du second principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
6.4 Formesd’entropies ..................................... 28
6.4.1 Entropiemolaire .................................. 28
6.4.2 Entropies de changements de phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
6.4.3 Entropiederéaction ................................ 29
7 L’enthalpie libre de Gibbs 30
7.1 Formesd’enthalpieslibres ................................. 30
7.1.1 Enthalpielibremolaire............................... 30
7.1.2 Enthalpie libre de réaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
7.2 Leséquilibresdynamiques................................. 30
7.2.1 Leséquilibresdephase............................... 31
7.2.2 Les équilibres chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
III Acides et Bases 33
8 Les acides et les bases 34
8.1 Lesthéoriesacides-bases.................................. 34
8.1.1 Théoried’Arrhenius ................................ 34
8.1.2 Théorie de Brönsted-Lowry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
8.1.3 ThéoriedeLewis.................................. 35
8.2 Forced’unacide ...................................... 35
8.2.1 Baseconjuguée................................... 36
8.2.2 Lien entre la force d’un acide et de sa base conjuguée . . . . . . . . . . . . . 36
8.3 Lesréactionsacides-bases ................................. 37
2

8.3.1 Équilibre d’une réaction acide-base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
9 Le pH 38
9.1 DéfinitiondupH ...................................... 38
9.1.1 Autoprotolysedel’eau............................... 38
9.1.2 Influencedel’acide................................. 38
9.1.3 AnalysedupH ................................... 38
9.2 ManipulerlepH ...................................... 39
9.2.1 pH en solutions aqueuses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
9.2.2 Solutionstampons ................................. 40
9.3 Titrages........................................... 41
9.3.1 Point d’équivalence et de semi-équivalence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
9.3.2 Titraged’unacidefort............................... 41
9.3.3 Titrage d’un acide faible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
9.3.4 Titrage d’un acide polyprotique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
9.4 Lesindicateurscolorés................................... 43
3

Préface
Bonjour et bienvenue à toi voyageur ! Cette synthèse compile mes notes de cours, les notions abor-
dées en prélectures, les astuces données en séances d’APP ou d’APE ainsi que quelques remarques
personnelles. Bien sûr, je suis loin d’être omniscient ou un expert en la matière et des fautes de nota-
tions, dans les équations ou d’orthographe se sont très certainement glissées dans ce document (dues
en partie par le fait que j’utilise parfois des notations et noms différents de ceux des professeurs).
Ceci est la version finale de la synthèse ; a priori, il n’y aura plus aucune modification de celle-ci
et, s’il y en a, elles ne seront pas répertoriées. Aussi, les chapitres ne correspondent pas forcément
à des cours magistraux ou des chapitres du livre mais à un réarrangement personnel de la matière,
l’objectif étant de fournir autant que possible un autre point de vue sur la matière. Pour ce qui est
des images, la grande majorité d’entre elles sont tirées des slides et/ou du livre de référence du cours,
parfois légèrement modifiées par moi-même. Les autres éventuelles images sont soit tirées de sites in-
ternet référencés soit le fruit de mon travail personnel. Je souhaite également remercier tout ceux qui
m’ont aidé à faire de cette synthèse un document fiable en la relisant et en m’informant des fautes.
Dernière chose, si tu souhaites te baser sur cette synthèse pour écrire la tienne, tu pourras trouver
le code source en LaTeX à l’adresse suivante : "https://www.overleaf.com/read/cpgxjbnvrdjd".
Sur ce, j’espère que cette synthèse t’aidera à réussir ce cours et te souhaite une bonne merde pour
l’examen.
PS : En 2020, la matière a été réduite d’un cours magistral et il manque donc la théorie liée
aux précipitations. Si un jour, une brave personne souhaitait aider en écrivant la partie manquante,
qu’elle n’hésite pas à me contacter.
4