1 - Numilog

TOUT-EN UN
Chimie
tout-en-un
PCSI
BRUNO FOSSET
JEAN-BERNARD BAUDIN
FRÉDÉRIC LAHITÈTE
4E ÉDITION

© Dunod, 2013, 2015, 2016
11 rue Paul Bert, 92240 Malakoff
www.dunod.com
ISBN 978-2-10-074920-1
Conception et création de couverture : Atelier 3+

Table des matières
1 Transformation de la matière 1
1 Lesétatsdelamatière.............................. 1
1.1 Étatsd’agrégationdelamatière,notiondephase ........... 1
1.2 Distinctionmicroscopiqueentreétatsd’agrégation .......... 2
1.3 Propriétésdesgaz ........................... 3
1.4 L’étatliquide .............................. 7
1.5 Étatssolides .............................. 11
2 Lestransformationsdelamatière........................ 13
2.1 Transformation physique. Diagramme d’état (p,T) .......... 13
2.2 Transformationsnucléaires....................... 18
2.3 Transformationschimiques....................... 22
2.4 Description d’un système physico-chimique . ............. 29
3 Étudedelatransformationchimique...................... 33
3.1 Équilibre chimique, constante d’équilibre . . ............. 33
3.2 Évolution d’un système vers l’équilibre chimique . . . . . ...... 37
3.3 Calcul des activités à l’équilibre . . . ................. 42
3.4 Cas des équilibres physiques, coefficient de partage . . . . ...... 44
3.5 Casdessystèmeshétérogènes ..................... 46
Synthèse..................................... 48
Activité documentaire : utilisation des fluides supercritiques . . . ...... 49
Exercices .................................... 55
Corrigés..................................... 64
2 Classification périodique des éléments 75
1 Structuredel’atome............................... 75
1.1 Protons,neutronsetélectrons ..................... 75
1.2 Existenced’isotopes,masseatomique................. 79
1.3 Taille d’un atome ou d’un ion ..................... 81
1.4 L’avènementdelachimiequantique:contextehistorique....... 81
2 Quantificationdel’énergie ........................... 82
2.1 Structure ondulatoire/corpusculaire de la lumière . . . . . ...... 82
2.2 Énergie électronique, transition entre états . . ............. 83
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TABLE DES MATIÈRES
2.3 États d’énergie de l’atome d’hydrogène et des ions hydrogénoïdes . . 87
2.4 Autresgrandeursénergétiquesquantifiées............... 92
3 Nombresquantiques,notiond’orbitaleatomique................ 95
3.1 Nombres quantiques n,,m...................... 95
3.2 Notiond’orbitaleatomique;dégénérescence ............. 96
4 Atomepolyélectronique............................. 97
4.1 Lespindel’électron .......................... 97
4.2 Configurationélectroniquedesatomesetdesions........... 99
5 Classificationpériodiquedeséléments.....................107
5.1 Genèsedutableaupériodique .....................107
5.2 Aspectgénéraldelaclassificationpériodique.............108
5.3 Métaux et non-métaux, métalloïdes . . . ...............111
5.4 Configurationélectroniqueetclassificationpériodique ........111
6 Évolutiondequelquespropriétésatomiques ..................117
6.1 L’atomepolyélectronique,numéroatomiqueeffectif .........117
6.2 Énergied’ionisationetaffinitéélectronique ..............119
6.3 Notion d’électronégativité
χ ......................122
6.4 Rayonatomique,rayonionique ....................125
7 Étude de quelques familles de la classification . . ...............126
7.1 Les éléments du bloc s.........................126
7.2 Les éléments du bloc p.........................127
7.3 Les éléments du bloc d.........................128
8 Miseenœuvreexpérimentale..........................129
8.1 Combustion de quelques corps simples dans le dioxygène . . ....129
8.2 Propriétésréductricesdesalcalinsetdesalcalino-terreux.......130
8.3 Propriétéschimiquesdesdihalogènesetdeshalogénures.......131
Synthèse.....................................134
Activité documentaire : les radionucléides ...................135
Exercices ....................................142
Corrigés.....................................149
3ModèledeL
EWIS des molécules et des ions 157
1 Associationd’atomes:moléculesetions....................157
1.1 Stabilité des structures polyatomiques; énergie de liaison . . . ....157
1.2 Géométriedesmoléculesetdesions..................158
2 Modèle de LEWIS desmoléculesetdesions..................159
2.1 Introduction : les modèles de la liaison chimique ...........159
2.2 Électrons de valence des atomes des blocs set p............160
2.3 Octet des composés monoatomiques stables . . . ...........160
2.4 Partage des électrons de valence ; symbolisme de LEWIS .......161
2.5 Règledel’octet.............................161
2.6 Symboles de LEWIS ..........................161
2.7 Nombretotald’électronsetdepairesdevalence ...........162
ii

TABLE DES MATIÈRES
2.8 Représentation de LEWIS desmoléculessimples ...........163
2.9 Liaisons multiples . . . . . . .....................163
2.10 Composésdéficientsenélectrons ...................165
2.11 Chargesformelles ...........................165
2.12 Composésprésentantdesélectronscélibataires ............169
2.13 Dépassement de la règle de l’octet ; hypervalence . . . . . ......170
2.14 Molécules possédant des atomes du bloc d..............172
2.15 Représentations de LEWIS et réactivité chimique . . . . . ......173
3 Mésomérie ...................................174
3.1 Plusieurs représentations de LEWIS possibles.............174
3.2 Délocalisationdesélectrons ......................174
3.3 Formesmésomèresetstructureélectronique..............175
3.4 Symboledemouvementélectronique .................175
3.5 Systèmes conjugués usuels en chimie organique . . . . . . ......178
3.6 Symbole de mouvement monoélectronique . .............179
3.7 Système conjugué et longueur de liaison . . . .............180
4 Prévisiondelagéométriedesmoléculesetdesions ..............181
4.1 Principe de la méthode VSEPR . . . .................181
4.2 Polyèdredecoordination........................181
4.3 Nomenclature de GILLESPIE etgéométrie...............182
4.4 Intensitérelativedelarépulsion ....................185
4.5 Conséquences sur les propriétés physiques . .............187
4.6 Les limites de la méthode . . .....................188
5 Polaritédesmolécules .............................188
5.1 Notiondemomentdipolaireélectrostatique..............188
5.2 Momentdipolaired’unedistributiondecharge ............189
5.3 Momentdipolairedesmoléculesdiatomiques.............189
5.4 Moléculespolyatomiques .......................190
5.5 Influencedelagéométriesurlemomentdipolaire...........190
Synthèse.....................................191
Activité documentaire : composés solvatochromes et push-pull ........192
Exercices ....................................195
Corrigés.....................................201
4 Cinétique chimique 211
1 Concepts fondamentaux de la cinétique chimique . . .............211
1.1 Systèmeconsidéré ...........................211
1.2 Vitesse de formation d’un produit, de disparition d’un réactif . . . . . 212
1.3 Vitessederéaction ...........................213
1.4 Équationempiriquedevitesse,notiond’ordre.............214
1.5 Typesderéactionschimiques .....................216
2 Méthodes expérimentales ............................217
2.1 Méthodes physiques et chimiques en cinétique . . . . . . ......218
2.2 Exemples de méthodes physiques . . .................220
iii