Chimie pour ingénieurs: Architecture de la matière et énergie

Chimie pour ingénieur Page 1
Introduction Générale
tous ses aspects dépend de leur présence
et de leurs réactions. En général, les nouvelles espèces qui se forment au cours des
réactions présentent des propriétés très différentes de celles des réactifs qui leur ont
donné naissance, propriétés que les chimistes sont capables de prévoir et de mettre à
profit. Des centaines de substances que nous employons chaque jour, directement ou
indirectement, sont des produits de la recherche en chimie. Les exemples de produits de
grande utilité obtenus par des réactions chimiques sont innombrables. La mise au point de
nouveaux engrais, qui représente     intérêt  industrie
chimique, a eu une       dustrie
pharmaceutique présente également une importa
jamais été contraint de prendre un antibiotique pour soigner une infection ou un
analgésique pour soulager la douleur due à des soins dentaires, a un accident ou à une
intervention chirurgicale ? La médecine moderne, qappuie fortement sur la chimie, a
nviron 18 ans depuis les années 1920. On a du mal à
      à peine une bonne part de la population mourrait à la suite
alement à on doit les produits qui rendent possible notre vie de
    ordinateurs, papier, carburants, ciments, écrans à cristaux
liquides, détergents, disques compacts, réfrigérants, piles, parfums, conservateurs,
peinture, céramiques, cellules photovoltaïques, cosmétiques, pour ne citer que certains.
Des              aluminium ont
permis de construire les navires, les automobiles, les avions modernes et les satellites que
nous connaissons. La chimie est également nécessaire pour étudier et comprendre notre
environnement. Malheureusement, un très grand nombre de personnes ont 
 en p
nombreux pesticides, tels que le DDT, à la contamination 
une compréhension de ces problèmes et la recherche de leurs solutions reposent aussi sur
-jacente.
Les emballages biodé      , les
moquettes recyclables et les liquides réfrigérants ne provoquant pas la déplétion de
ues exemples de produits que la  chimie verte
 développe actuellement.

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Il est remarquable de constater que les produits chimiques sont tous élaborés à partir de
     on appelle les atomes. Selon la théorie
atomes ou atomes liés entre eux
entités appelées molécules et ions. Vous découvrirez la théorie atomique,
puis vous serez amenés à étudier les liaisons chimiques, les réà
effectuer les calculs que cela implique. Vous apprendrez à prévoir les réactions
susceptibles de se produire, à quelle vitesse elles se dérouleront, quelles espèces seront
formées et quelles seront la structure de celles-ci, leurs propriétés et leur comportement.
Vous apprendrez la chimie qui se trouve derrière les substances et les processus que nous
venons de citer.

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ARCHITECTURE DE LA MATIERE
physiques
possibles, et à la compréhension de la cohésion de ces divers édifices.
       assification périodique des éléments, outil
essentiel du chimiste, da      atives à son
utilisation. Nous y aborderons la quantific ;
nous parlerons des molécules, des forces intermoléculaires et des solvants.
Les éléments de description microscopique relatifs au « modèle du cristal parfait » seront
a maille cubique à faces centrées
(CFC) au second semestre.

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CHAPITRE 1 : Quantification de l’énergie – Structure électronique
Dans ce chapitre il est introduit la notion de "quantification" de l'énergie qui est une
première approche de la mécanique quantique.
I- Définitions et ordres de grandeur
Un atome est une sphère électriquement
nucléons (protons de charge + e et neutrons)
autour duquel sont répartis des électrons
pour avoir un atome électriquement neutre).
Le nombre de protons Z est appelé numéro
atomique tandis que celui de nucléons A est
appelé nombre de masse.
Un élément chimique est caractérisé par son
numéro atomique Z. Tous les représentants
numéro atomique Z et sont appelés isotopes.
Deux isotopes sont donc des atomes qui
possèdent le même nombre de protons Z mais un
nombre de neutrons N=A-Z différent. Cette
définition peut être simplifiée en considérant que
des isotopes ont le même Z mais des A différents.
Un ion monoatomique est une entité formée à
 (cation) ou gagné
(anion) un ou plusieurs électrons.
Une entité chimique est un atome, molécule, ion etc. pouvant être identifié
individuellement. Une entité chimique est caractérisée par sa formule chimique et si
besoin sa structure géométrique.
Exemples : un ion Na+, une molécule H2O, un atome Fe.
Une espèce chimique      
Elle peut exister sous différents états physiques (gaz, liquide, solide), et potentiellement
dans plusieurs réseaux cristallins di
Un corps pur          
Exemple 
des corps purs. Au contraire, un mélange eau-méthanol, une solution aqueuse contenant
simple, et
dans le cas contraire il est dit composé.
Exemples : Fe(s), O2(g) ou O3 (g) sont des corps purs simples, alors que FeO(s) H2O(l) ou
CH4(g) sont des corps purs composés.

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Un constituant physico-chimique est une espèce chimique dans un état physique
Exemples: Fe(s) ; H2O(l) ; H2O(g) .
Ordre de grandeur
Atome
Noyau atomique
Ordre de grandeur
10-10 m = 100 pm
10 -15 m
Electron (e-)
Proton (p+)
Neutron (n)
Ordre de grandeur de la masse
10-30 kg
10-27 kg
10-27 kg
Ordre de grandeur de la charge
- 10-19 C
10-19 C
m nucléon > 1000. m électron
   environ 100000 fois plus grand que
son noyau.
Si le noyau était un ballon de foot de 20 cm de diamètre,
l'atome correspondant serait une sphère de 20 km.
 99,97 % de la masse de l'atome est concentrée dans
le noyau.
 18 kg.m-3.
 Le volume de l'atome est constitué à 99,9999999%
de vide.
Si l'on pouvait enlever le vide des atomes constituant la
Terre, toute la matière serait contenue dans une sphère de
150 m de rayon.
à la physique quantique pour expliquer les phénomènes suivants :
- 
matiser de la manière suivante :
- La lumière peut être décrite comme une onde (modèle ondulatoire) ou comme
constituée de particules appelées photons (modèle corpusculaire). Chaque photon
ie E telle que : E = hν = hC/λ
Avec E en J, h la constante de Planck, ν en Hz ou S-1, C la célérité de la lumière dans le
vide et λ 