Cours de Chimie : Modèle Quantique, Molécules, Réactivité

Chimie

Modèle quantique de l’atome : modèle de Schrödinger
Généralités
Définition
= description avancée de la
structure atomique
(début 20ème siècle).
Modèle de Bohr
- Les électrons sont sur des
orbites fixes
autour du noyau.
- Les électrons ont des positions et vitesses
bien définies
.
Modèle quantique
de Schrödinger
= approche
probabiliste
.
Principe d’incertitude d’Heinsenberg : il est impossible de
connaître simultanément la position exacte et la vitesse
d'un électron.
Principe
- Les électrons ne suivent pas des trajectoires précises autour du noyau.
- Ils sont décrits par des «
orbitales
» (= régions de l'espace où il est le plus
probable de trouver un électron à un moment donné) définies par des
fonctions
d’ondes
(formules mathématiques complexes).
- Indication de la plus grande probabilité de localisation d’un électron donnée par
une
densité de probabilité.
Orbitales atomiques
Organisation
Classées selon :
- leur
énergie
- leur
forme
(qui dépend du nombre quantique associé à chaque électron)
à Chaque électron dans un atome occupe l'orbitale qui
minimise l'énergie
totale
de l'atome.
Noms
Orbitales désignées par les lettres
s
,
p
,
d
et
f

Représentation spatiale des molécules
Généralités
La représentation des molécules en 3D est essentielle pour comprendre leur structure et leur réactivité.
à Nécessité de traduire des structures 3D en représentations planes (2D).
Types de projections
Projection de Lewis
Projection de Cram
Projection de Fisher
Projection de Newman
Exemple
Exemple : éthane C2H6
Principe
- atomes symbolisés par leur
symbole chimique
- traits : paire d'électrons
partagée entre deux atomes,
liaison covalente
Les liaisons sont représentées par
différents types de traits pour indiquer leur
position dans l'espace :
- un trait
plein
pour les liaisons
dans le plan
- un trait en
pointillé
pour les liaisons qui
s'éloignent du plan (vers
l'arrière
)
- un trait en forme de
coin
plein pour les
liaisons qui s'approchent (vers
l'avant
)
- Verticalement : les chaînes
carbonées
principales.
- Horizontalement : groupes
fonctionnels importants
Liaisons horizontales
(= sort du plan)
Liaisons verticales
(=vont en arrière)
Intérêt
Montre la connectivité des
atomes.
Inconvénient : ne reflète pas
les
angles
ou les
distances
réelles dans l'espace.
Mieux représenter les
angles
et la
disposition spatiale
des atomes.
Utilité ++ pour les molécules tétraédriques
(ex : CH₄).
Représenter les
sucres
et les
acides aminés
- Visualiser la
rotation
autour des liaisons simples
(liaisons σ)
- Observer les
interactions
stériques
entre les groupes
d'atomes.

Tableau périodique des éléments
Généralités sur le tableau périodique
- Outil fondamental en chimie : permet comprendre et de prédire les
propriétés des éléments chimiques
en fonction de leur
position
.
- Modification des
propriétés
des éléments selon la
position
dans le tableau (due à la configuration électronique et à la structure atomique).
Une
colonne
correspond à un
groupe
Une
ligne
correspond à une
période
.
Propriétés du tableau périodique
Illustration
Définition
Variations dans le tableau
Rayon atomique
Reflet de la taille de
l’atome
! en descendant dans un groupe
(car présence de couches électroniques supplémentaires à chaque période)
¯ de gauche à droite dans une période
(l'augmentation de la charge nucléaire attire les électrons près du noyau).
Energie
d’ionisation
= énergie nécessaire
pour
retirer un
électron
d'un atome.
¯ en descendant dans un groupe
(électrons externes sont plus éloignés du noyau et donc plus faciles à
retirer.)
! de gauche à droite dans une période
(électrons plus fortement attirés par un noyau de plus en plus chargé).
Électronégativité
= capacité d'un atome
à
attirer les électrons
dans une liaison
chimique.
¯ en descendant dans un groupe
! de gauche à droite dans une période
Exemple : le
fluor
est l’élément le plus électronégatif (donc en haut à droite)
Réactivité
chimique
Métaux ( ex : alcalins comme le Na+ ) :
! en descendant dans un groupe
Non métaux ( ex : halogènes ) :
¯ en descendant dans un groupe

Chimie