notions fondamentales chimie

7/25/2019 Notions Fondamentales Chimie

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Physique Chimie

Secon e

Notions fondamentalesChimie

Rdaction :

Guy Le Parc

Philippe Briand

Coordination :Jean Bousquet

Pierre Rageul

Jean-Michel Le Laou nan

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par les conventions internationales en vigueur. Ces contenus ne peuvent tre utiliss qu des fins strictement personnelles. Toutereproduction, utilisation collective quelque titre que ce soit, tout usage commercial, ou toute mise disposition de tiers dun cours

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Cned-2010

Cned Acadmie en ligne


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3Chimie SP20

Chimie

Chapitre 1 Le modle de latome

Chapitre 2 Les lments chimiques

Chapitre 3 Les molcules

Chapitre 4 Classification priodique des lments

Chapitre 5 La mole

Chapitre 6 Les solutions aqueuses

Chapitre 7 Formulation dun mdicament

Chapitre 8 Obtention dune espce chimique naturelle

Chapitre 9 Synthse despces chimiques

Chapitre 10 La raction chimique

Somma

ire



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5Chapitre 1 SP20

Chapitre

1

Chimie

Connatre la constitution de latome (structure, particules constitutives).

Connatre et utiliser le symboleZA X

Donner la structure dun atome ou dun ion monoatomique partir de sonnumro atomique Z et de son nombre de nuclons A.

Savoir que latome est lectriquement neutre.

1. Structure de latome

Dans lAntiquit, latome a t considr comme la particule lmentaire de lamatire (Dmocrite). Cette thorie tait seulement due des intuitions et non des thories ou observations exprimentales.

Il a fallu attendre la fin du XIXe sicle pour que cette thorie soit confirme pardes expriences qui permirent de mettre en vidence lexistence de particulesconstitutives de latome : les lectrons.

Lexprience de RutherfordLes philosophes grecs de lAntiquit ont eu, les premiers, lide de latome quilscroyaient inscables (atomos : non divisibles).

Lexprience du physicien anglais Ernest Rutherford ralise en 1911, permis dal-er plus loin dans la connaissance de la structure de latome.

Lexprience se produit laide dune enveloppe de verre dans laquelle rgne unvide pouss.

Objectifs

Particules

Feuille d'orPlomb protecteur

Source radioactive

Rayonnement

cran fluorescentou pellicule sensible

Chapitre

1 Le modle de latome



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6 Chapitre 1 SP20

Chapitre

1

Chimie Une source radioactive met des noyaux dhlium (particules charges posi-

tivement) qui sont dirigs vers une mince feuille dor dpaisseur de lordre dumicromtre (10-6 m).

On observe les rsultats de lexprience sur un cran fluorescent (type cran dos-

cilloscope) permettant de visualiser les diffrents impacts de particules

aprsleur ventuelle traverse de la feuille dor.

Rutherford fit les observations suivantes :

1. Au centre de lcran, sur la trajectoire initiale du faisceau de particules , setrouve une tache lumineuse, brillante et trs intense.

2. Prsence dun petit nombre de fluorescences en dehors de la tache centrale,en divers endroits de lcran.

Pourquoi cette exprience ne permet-elle pas de considrer latome commeune sphre pleine ?

La majorit des particules sont elles dvies par les atomes de la feuilledor ?

Quelle dduction peut-on faire quant la structure de la feuille dor ?

Quel est lintrt dutiliser une mince feuille dor ?

Le Physicien anglais Ernest Rutherford a montr en 1911, par lexprience, que :

La matire tant lectriquement neutre, il existe donc une ou plusieurs chargeslectriques lmentaires ngatives, appeles lectrons.

On peut modliserlatome et son noyau par des sphres.Un modleest unereprsentation destine se rapprocher le plus possible de la ralit de faon tenir compte des rsultats exprimentaux.

Le rayon atomique est de lordre de 10-10m soit 100 pm (1 picomtre = 1.10-12m), tandis que le rayon du noyau est de lordre de 10-15m soit 1 fm (1 femto-mtre = 1.10-15 m).

Le rapport ratome/ rnoyau= 105donc on peut considrer le noyau environ 100000fois plus petit que l atome.

Activit 1

Latome est constitu dun noyau et dlectrons en mouvement autour dunoyau.

Latome est lectriquement neutre.

Latome a une structure lacunaire, constitu par un noyau trs petit, entourdun espace important et presque vide occup par le(s) lectron(s), le noyautant charg dlectricit positive.



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7Chapitre 1 SP20

Chapitre

1

ChimieLa valeur du rayon de latome est dtermine partir du volume maximal dans

lequel les lectrons de latome se dplacent au cours de leur mouvement dsor-donn. A titre de comparaison, si le noyau avait les dimensions dune noix (1cmde rayon environ), alors latome serait une sphre de 105cm de rayon, soit : 103m,cest--dire 1 km. On peut imaginer alors une noix dans une sphre de 1 km de

rayon et mieux comprendre lexpression : latome est presque vide .

2. Constituants de latome

2.1. Llectron

Llectron (symbolis e-) (dcouvert en 1899) porte une charge lmentairengative : la charge lmentaireest la plus petite charge lectrique que lonconnaisse ; elle sexprime en coulomb (C) ; dans le cas de la charge ngative, savaleur est :

-e = -1,6.10-19C (signe - pour indiquer : lectricit ngative).

Remarque : la valeur est exprime avec 2 chiffres significatifs.

La masse de llectron a t dtermine exprimentalement : me- = 9,1.10-31 kg.

2.2. Les particules du noyau

Le noyau possde plusieurs particules. Le noyau est constitu de nuclonscomme nuclaire qui vient de noyau ).

IL existe deux types de nuclons :

Proton (dcouvert parRutherford en 1919)

Charg +e=+1,6.10-19C mproton = 1,673.10-27kg

Neutron (dcouvert parChadwick en 1932)

non charg (neutre) mneutron = 1,675.10-27kg

Un proton porte une charge lmentaire positive : +e = =+1,6.10-19C.

Que peut-on dire de la masse des protons et des neutrons ?

Calculer le rapport entre la masse dun nuclon et celle dun lectron.Conclusion ?

Que peut-on dire alors de la rpartition de masse dans latome ?

Activit 2

Activit 3

Activit 4



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8 Chapitre 1 SP20

A quoi est due la charge lectrique du noyau ?

Comparer la charge lmentaire positive et la charge lmentaire ngative.

Quelle est la relation entre le nombre de protons et le nombre dlec-trons dun atome ? Justifier votre rponse.

On peut dduire de ce qui prcde que :

3. Reprsentation symbolique dun atomeLe numro atomique Z (ou nombre de charge) dun noyau est gal au nom-bre de protons quil contient.

A est le nombre de nuclons dun noyau. A et Z sont des nombres entiers.

En appelant N le nombre de neutrons, trouver une relation entre A, Z et N.

Pour reprsenter le noyau dun atome, on utilise le symbole de llment corres-pondant et on indique les nombres Z et A de la manire suivante :

ZA X

Ainsi, partir du symbole :

6

12C

On peut dduire la structure complte de latome de carbone :

Z = 6 donc latome possde 6 protons et par consquent 6 lectrons (lectroneu-tralit de latome).

A = 12 donc latome possde 12 nuclons avec la rpartition 6 protons (calculplus haut) et donc :

N = A - Z = 6 neutrons

Dterminer la structure du fluor

9

19F

Un atome contient autant de protons que dlectrons : il est lectriquementneutreglobalement.

Cest la raison pour laquelle le numro atomique Z sappelle aussi le nombre decharges.

Activit 5

Activit 6

La masse dun neutron est sensiblement gale celle dun proton. La quasi totalit de la masse de latome est concentre en son noyau (plus

de 99,97 %)..

Activit 7

Activit 8

Chapitre

1

Chimie



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9Chapitre 1 SP20

Chapitre

1

Chimie4. Masse dun atome

La masse dun atome est gale la somme des masses des particules qui leconstituent, donc la masse des lectrons, des protons et des neutrons.

Ce qui donne : matome = Z.me- + Z.mp + (A-Z).mn

Or lActivit 3nous a permis de dduire que la masse des lectrons est ngligea-ble devant celle des nuclons puis que la quasi-totalit de la masse de latomeest concentre en son noyau.

On dfinit alors la masse approche de latome qui est gale la masse deson noyau, soit :

m Z.mp + (A-Z).mn

On peut mme crire : m A.mp =A.mn,

si on exprime les masses des nuclons avec 3 chiffres significatifs car, dans cecas, mn mp.



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10 Chapitre 1 SP20

Latome est constitu dun noyau et dlectrons en mouvement autour du noyau.Il est lectriquement neutre.

Latome a une structure lacunaire, constitu par un noyau trs petit, entour dunespace important et presque vide, le noyau tant charg dlectricit positive.

Les nuclons sont les particules qui peuplent le noyau : ce sont les protons et lesneutrons.

La masse dun neutron est sensiblement gale celle dun proton.

La quasi totalit de la masse de latome est concentre en son noyau (plus de99,97 %).

Le numro atomique Z (ou nombre de charge) dun noyau est gal au nombre deprotons quil contient.

Le nombre de nuclons dun noyau est A. On lappelle aussi nombre de masse.

Le noyau de latome est symbolis par :Z

A X

Rsum

Chapitre

1

Chimie



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Si latome tait une sphre pleine, aucune particule ne traverserait la feuille dor.

Le texte dit Au centre de lcran, sur la trajectoire initiale du faisceau departicules , se trouve une tache lumineuse, brillante et trs intense. . On endduit que la majorit des particules ne sont pas dvies par les atomes dela feuille dor.

La structure lacunaire de latome signifie que latome est presque vide (lamatire est concentre en son noyau). Les rsultats de cette exprience le

confirment car si la majeure partie des particules nont pas t dvies parles atomes dor, cela signifie quils nont rencontr, au cours de la traverse,aucune matire.

Le fait dutiliser une mince feuille dor permet de limiter les couches dato-mes et donc de trouver le rsultat exprimental dcrit dans le texte.

Protons et neutrons ont une masse presque gale.

m

mproton

lectron= =

1 67 10 9 1 10 183627 31

, . / , .

a masse de llectron est ngligeable devant celle du proton.

La quasi-totalit de la masse de latome est concentre en son noyau.

Dans le noyau, seul le proton est charg lectriquement, cest donc luiseul quest due la charge lectrique du noyau.

Charge lmentaire positive et charge lmentaire ngative sont opposes

en valeur.

Latome est neutre lectriquement donc il contient autant de protons quedlectrons.

= A - Z

919F Z = 9 donc 9 protons et 9 lectrons (car latome est neutre lectrique-

ent).

A = 19 donc 19 nuclons et : N = A - Z = 10 soit 10 neutrons

Activit 1

Activit 2

Activit 3

Activit 4

Activit 5

Activit 6

Activit 7

Activit 8

Corrigs des activits

11Chapitre 1 SP20



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12 Chapitre 2 SP20

Connatre la dfinition dun isotope, dun ion monoatomique ainsi que dunlment chimique.

Savoir que le numro atomique caractrise llment chimique.

1. Les isotopes

On a constat lexistence des atomes de carbone suivant :

6

12

6

14C C

On constate que ces deux atomes, qui portent le mme nom, ne sont pas identi-ques : le second sappelle le carbone 14 : il est utilis en archologie pour daterdes objets anciens.

Donner, pour chaque atome, sa composition.

En quoi ces 2 atomes diffrent-ils ?

On constate, exprimentalement, que tous les atomes appartenant un mmelment nont pas exactement la mme masse. On sest aperu alors que cesatomes navaient pas exactement la mme structure. Les atomes appartenant aumme lment (ils portent le mme nom), possdent le mme numro atomiqueZ (cest--dire le mme nombre de protons). Par contre, ils diffrent par le nombrede neutrons.

Des atomes sont isotopes, sils possdent le mme numro atomique Z,

mais sils diffrent par leur nombre de nuclons A, et plus prcisment parleur nombre de neutrons.

Retenir

Deux atomes isotopes possdent-ils le mme nombre dlectrons ? Jus-tifier la rponse.

isotopes du fer :

26

54

26

56

26

57

26

58

Fe Fe Fe Fe

Objectifs

Activit 1

Activit 2

Activit 3

Exemple

Les lments chimiquesChapitre

2

12 Chapitre 2 SP20

Chapitre

2

Chimie



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13Chapitre 2 SP20

Chapitre

2

ChimieCes atomes appartiennent bien au mme lment (le fer) donc ce sont bien des

atomes de fer (car ils possdent le mme nombre Z (26) ; par contre, ils diffrentpar leur nombre de nuclons A (et plus prcisment, par leur nombre de neutrons).Ces atomes nont donc pas tout fait la mme masse.

Calculer le nombre de neutrons de chaque isotope du fer.

Le fer naturel est un mlange de ces isotopes, le fer 56 tant le plus abondant92%).

On trouve, dans la nature, plus de 300 isotopes diffrents des divers lments eton en a cr artificiellement plus de 1500.

3 autres exemples disotopes.

lment Hydrogne Carbone Uranium

Isotopes 11H 1 1H12

6C13

6C14

6C235

238

2U

Abondancerelative(%)

99,985 0,015 races 98,9 1,10 traces 0,7 99,3

UtilisationCentralenuclaire

radioactifdatation

radioactifdatation

centralenuclaire

2. Les ions monoatomiquesUn ion monoatomique est un atome qui a gagn ou perdu, un ou plusieurs

lectrons.Complter les phrases :

Un atome qui gagne un ou plusieurs lectrons, est charg......................................,cest donc un......................................

Un atome qui perd un ou plusieurs lectrons, est charg. ..................................... ; cestdonc un.......................................

dions monoatomiques :

Sodium Na+ ; argent Ag+ ; magnsium Mg2+ ; chlorure Cl- ; sulfure S2- ; oxydeO2-

Quest-ce que reprsente les signes +, -, 2+, 2- en exposant des ions pr-cdents ?

3. Llment chimiqueLes entits chimiques (atome, ion,) possdant le mme numro atomiquecest--dire le mme nombre de protons) appartiennent au mme lment

chimique.

Activit 4

Activit 5

Exemples

Activit 6

13Chapitre 2 SP20



12/95

14 Chapitre 2 SP20

Chapitre

2

Chimie Un lment chimique est caractris par un symbole chimique (et un nom) qui

lui sont propres.

les entits chimiques suivantes :

29

63

29

65

29

65 2+Cu Cu Cu

Appartiennent toutes llment cuivre.

4. Corps simples et corps composs Un corps pur est un corps constitu dune seule sorte dentit chimique(atome, ion ou molcule).Exemple : leau pure H2O.

Un mlange est un corps constitu de plusieurs sortes dentits chimiques.

Exemple : leau sale : constitue deau H2O et de sel NaCl.Un corps pur simple est un corps pur constitu dun seul lment chimique.Exemple : le dioxygne O2.

n corps pur compos est un corps pur constitu de plusieurs lmentschimiques.Exemple : leau pure H2O.

Classer les substances chimiques suivantes dans une des catgories ci-dessus :

Cu2+; eau sucre, diazote, solution aqueuse dhydroxyde de sodium (Na++ OH-) ;Cu .

5. Structure lectronique dun atome

5.1. Les couches lectroniques

Nous nous sommes intresss la structure du noyau de latome. Regardonsmaintenant comment se rpartissent les lectrons.

Les lectrons dun atome sont lis au noyau par une force dattraction lectriqueentre charges de signes opposs. Pour arracher les lectrons du noyau, il faut fournirde lnergie latome. Lexprience montre que certains lectrons sont plus faciles arracher que dautres, donc tous les lectrons dun atome ne sont pas identi-ques : certains sont plus lis au noyau que dautres ; lattraction lectrique vis--vis du noyau est plus forte. Au cours du XX sicle, fut labor un modle de latomepermettant dinterprter la formation des ions monoatomiques et des molculesbas sur la rpartition des lectrons par couches lectroniques.

Pour chaque couche, on peut dfinir une distance du noyau (rayon dun cercle)telle que la probabilit de trouver les lectrons de cette couche est maximale.

(Noublions pas le mouvement dsordonn et incessant des lectrons autour du

Exemple

Activit 7

14 Chapitre 2 SP20



13/95

15Chapitre 2 SP20

Chapitre

2

Chimienoyau nous empche de savoir o se trouve exactement un lectron donn un

instant donn).

On nomme chaque couche par lettre de lalphabet, telle que :- K pour la premire couche- L pour la deuxime couche- M pour la troisime couche- N pour la quatrime couche (et ainsi de suite)...

Les lectrons les plus proches du noyau peuplent la couche K, les lectrons plusointains peuplent la couche L, les lectrons encore plus lointain, la couche M

5.2. Structure lectronique

Dans chaque couche, il y a un nombre maximal dlectrons possible ; si ce nombreest atteint, on dit que la couche est sature.

Couche K L MNombremaximal

dlectrons2 8 8

Nous limiterons notre tude aux lments de numro atomique Z infrieur ougal 20.La rgle de remplissage est la suivante :la structure lectronique dun atome sobtient en remplissant successivementes couches partir de la premire cest--dire la couche K, puis, lorsquelle est

sature, la couche L et ainsi de suite de manire rpartir tous les lectrons deatome.

A noter que la dernire couche lectronique dun atome est aussi appele sacouche externe, les autres couches tant appeles couches internes. Leslectrons peuplant la couche externe sont appels lectrons priphriques

cas de latome de fluor : 199F

Z = 9 donc 9 protons soit 9 lectrons pour latome neutre. Ce qui donne larpartition lectronique : 2 lectrons dans la couche K (couche remplie ou sature) 7 lectrons dans la couche L (coucheinsature)

La structure lectronique de latome de fluor est alors : (K)2 (L)7

Donner la structure lectronique des atomes :

- sodium Na (Z = 11)- calcium Ca (Z = 20)

uis celle des ions :- sodium Na (Z = 11)- calcium Ca2+(Z = 20)

Exemple

Activit 8

15Chapitre 2 SP20



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16 Chapitre 2 SP20

Des atomes sont isotopes, sils possdent le mme numro atomique Z, maissils diffrent par leur nombre de nuclons A.

Un ion monoatomique est un atome qui a gagn ou perdu, un ou plusieurslectrons.

Les entits chimiques (atome, ion,) possdant le mme numro atomique(cest--dire le mme nombre de protons) appartiennent au mme lmentchimique.

Un lment chimique est caractris par un symbole chimique (et un nom) quilui sont propres.

Un corps pur simple est un corps pur constitu dun seul lment chimique.

Un corps pur composest un corps pur constitu de plusieurs lments chimi-ques.

Les lectrons de latome se rpartissent par couches lectroniques.- K pour la premire couche- L pour la deuxime couche- M pour la troisime couche- N pour la quatrime couche et ainsi de suite...

La structure lectroniquedun atome sobtient en remplissant successive-ment les couches en commenant par la premire cest--dire la couche K, puislorsquelle est sature, la couche L et ainsi de suite de manire rpartir tous leslectrons de latome.

Rsum

16 Chapitre 2 SP20

Chapitre

2

Chimie



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tome de carbone 12 :Z = 6 protons donc 6 lectrons et (12-6) = 6 neutrons.

tome de carbone 14 :Z = 6 protons donc 6 lectrons et (14-6) = 8 neutrons.

es atomes nont pas le mme nombre de masse A et plus prcisment, diffrentar leur nombre de neutrons.

eux atomes isotopes possdent le mme nombre dlectrons puisquils poss-ent le mme nombre de protons.(latome est neutre, donc le nombre de protonsst gal au nombre dlectrons).

2654

2656

2657

Fe :N=A-Z=54-26=28

Fe:N=56-26=30

Fee :N=31

Fe:N=322658

n atome qui gagne un ou plusieurs lectrons est charg ngativement, cestdonc un anion (en effet, latome a gagn 1 ou plusieurs charges lectriques

gatives).

n atome qui perd un ou plusieurs lectrons est charg positivement, cest doncn cation(en effet, latome a perdu 1 ou plusieurs charges ngatives, il devientonc charg positivement).

es signes reprsentent le nombre de charges lectriques lmentaires(posi-tives ou ngatives) portes par lion.

orps pur simple : Cu2+diazote,orps pur compos : Cu2O.lange : eau sucre ; solution aqueuse dhydroxyde de sodium NaOH

a : (K)2(L)8(M)1

a : (K)2(L) (M)8(N)2

a+

: (K)2

(L)8

a2+: (K)2(L)8(M)8

Activit 1

Activit 2

Activit 3

Activit 4

Activit 5

Activit 6

Activit 7

Activit 8

Corrig des activits

17Chapitre 2 SP20

Chapitre

2

Chimie



16/95

18 Chapitre 3 SP20

Connatre les rgles du duet et de loctet et savoir les appliquer pour rendrecompte des charges des ions monoatomiques existant dans la nature.

Donner la reprsentation de Lewis de quelques molcules simples.

Reprsenter des formules dveloppes et semi dveloppes compatibles avecles rgles du duet et de loctet de quelques molcules simples.

Connatre la notion disomrie. Savoir qu une formule brute peuvent correspondre plusieurs formules semi-

dveloppes diffrentes.

1. Les rgles du duet et de loctet

1.1. Stabilit des gaz nobles

Donner la structure lectronique des gaz rares :

2 e ; 0 e ; 18 r

Quels est le nom de chacun de ces lments ?

On constate que chacun de ces lments a sa couche externe sature ce quiexplique leur quasi-absence de ractivit (inertie chimique) : ils ne participentque trs rarement des ractions chimiques.De tous les lments, les gaz nobles (ou rares) sont stables ltat datomeisol car leur couche externe est sature. Seuls les atomes de gaz nobles (He,Ne, Ar, Kr...) prsentent une certaine inertie chimique, ce sont des gaz monoato-miques dans les conditions ordinaires de temprature et de pression. Cela signifieque tous les autres lments sont instables ltat datomes isols ; en effet,leur couche externe nest pas sature.

Ltude des ractions chimiques montre que ces lments voluent vers ltat destabilit chimique qui correspond la saturation de leur dernire couche dlec-trons, ce qui revient, pour eux, acqurir la structure lectronique du gaz rare denumro atomique le plus proche.

*soit 2 lectrons ou un duet dlectrons pour les atomes de numro atomiqueproche de celui de lhlium.*soit 8 lectrons ou un octet dlectrons pour les autres atomes.

Ce sont les rgles du duet et de loctet que lon peut crire.

Objectifs

Activit 1

Chapitre

3 Les molcules

18 Chapitre 3 SP20

Chapitre

3

Chimie



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19Chapitre 3 SP20

Chapitre

3

Chimie1.2. nonc des rgles

Ces rgles concernent donc les lectrons des couches externesdes atomes.Nous allons voir plus loin que seuls ces lectrons sont engags lors de la forma-ion des ions et des molcules.

En adoptant la structure lectronique dun gaz noble, llment chimique ne setransforme pas en un autre lment car son numro atomique Z reste identique ;seul le nombre dlectrons varie.Un lment tend vers la structure lectronique du gaz noble le plus proche caril est plus facile pour lui de gagner ou perdre un petit nombre dlectrons quungrand nombre.

1.3. Application aux ions monoatomiques stables

Latome de sodium Na de structure lectronique (K)2 (L)8 (M)1, non stable carcouche externe M non sature, ne peut exister seul.

Soit il forme des liaisons avec dautres atomes (cest le cas dans le mtal desodium Na), ou il sionise sous forme Na+

Pourquoi Na+.et pas Na- ?En vertu de la rgle de loctet, latome Na a tendance acqurir la structure lec-tronique du gaz rare le plus proche, soit le non 10Ne ce qui se produira sil perd1 lectron et se transforme en ions Na+stable car la couche externe (sature)de lion est la couche L : (K)2 (L)8.

En suivant le mme raisonnement pour latome de chlore 17Cl, justifierlexistence de lion monoatomique Cl-.

Nous comprenons mieux, maintenant, pourquoi le chlorure de sodium NaCl (selde cuisine) (constitu dions sodium et chlorure) existe.

Les lments de numro atomique compris entre 3 et 20 ne forment quun seultype dion monoatomique ; on peut prvoir la charge port par celui-ci en appli-quant les rgles du duet ou de loctet.

Les atomes autres que les gaz inertes (ou gaz nobles), voluent chimique-ment de faon acqurir la structure lectronique du gaz noble de numro

atomique le plus proche, cest--dire saturer leur couche externe : par formation dions monoatomiques par formation de molcules.

Activit 2

19Chapitre 3 SP20



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20 Chapitre 3 SP20

Chapitre

3

Chimie 2. Formules dveloppe et semi-dveloppe

dune molcule

Dans la formule brute dune molcule, on indique le nombre datomes de chaquelment en indice droite du symbole. Labsence dindice quivaut 1.

a. La formule brute de la molcule deau est H2O. Indiquer le nombredatomes de chaque lment de cette molcule.

b. Mme question pour la molcule de dioxyde de carbone CO2 et lamolcule dthanol : C2H6O.

2.1. Liaison covalente

Une liaison covalente est la mise en commun dun doublet dlectrons par deuxatomes, chaque atome apportant 1 lectron.Les deux lectrons de la liaison covalente forment un doublet liant.Un doublet liant est reprsent par un tiret entre les deux atomes.

Liaison covalente entre les atomes A et B : A B

Complter la phrase :

La formation dune liaison de covalence entre deux atomes donne, chaqueatome,..................................lectron(s) supplmentaire(s) sur sa couche externe.

Dans la molcule AB chaque atome a gagn un lectron. Les deux lectronsappartiennent la fois A et B.

la molcule satisfont aux rgles de loctet (ou duduet) plus stables isols

Dans les modles molculaires, les atomes sont reprsents conventionnellementpar des boules de couleur. A chaquelment chimique correspond une couleur:

lment Carbone zote Oxygne Soufre Chlore

Couleur Blanc Noir Bleu Rouge aune Vert

Les liaisonsentre atomes sont matrialises par destiges.

ne molcule est une associationlectriquement neutre datomes.

Activit 3

Activit 4

Le nombre de liaisons covalentes n tabli par un atome est gal au

nombre dlectrons manquant sur sa couche externe pour obir auxrgles du duet ou de loctet.

20 Chapitre 3 SP20



19/95

21Chapitre 3 SP20

Chapitre

3

Chimiea. Faire un tableau avec les lignes suivantes: le nom, le symbole, le numro

atomique Z, la structure lectronique, et le nombre dlectrons sur lacouche externe, des atomes suivants placs en colonnes:

(Z=1), C (Z=6), N (Z=7), O (Z=8), S (Z = 16) et Cl (Z=17).

b.Ajouter au tableau prcdent une ligne indiquant le nombre dlec-trons manquant sur la couche externe de latome pour obir aux rglesdu duet ou de loctet.

c. Ajouter au tableau prcdent une ligne indiquant le nombre de liaisonscovalentes not n.

Pour satisfaire la rgle de loctet, certains atomes sont lis entre eux par plusdun doublet liant : ce sont des liaisons multiples : doubles (deux tirets) ou

B triples(trois tirets) A B.

2.2. Formules dveloppe et semi-dveloppe dune molcule :

La formule brutedune molcule indique la nature et le nombre datomesqui la constituent.

La formule dveloppe dune molcule prcise lordre dans lequel lesatomes sont lis les uns aux autres en schmatisant les liaisons covalentes(doublets liants).

La formule semi-dveloppesimplifie lcriture en ne reprsentant pasles liaisons concernant les atomes dhydrogne de la molcule.

La molcule de propane : Formule dveloppe :

Formule brute : C3H8H

CH

H

H

C

H

H

C

H

H

Formule semi-dveloppe : H3C-CH2-CH3

Activit 5

xemple

Formules dveloppes et semi-dveloppes sont desreprsentations planes des molcules et ce, mme sila plupart des molcules sont tridimensionnelles.

Remarque

21Chapitre 3 SP20



20/95

22 Chapitre 3 SP20

Chapitre

3

Chimie 2.3. Comment dterminer la formule dveloppe (ou semi-dve-

oppe) dune molcule partir de sa formule brute ?

Prenons lexemple de la molcule deau. Des tudes exprimentales montrentque la molcule est forme de deux atomes dhydrogne et de un atome doxy-gne. On reprsente ainsi la formule de leau :Formule brute de leau : H2O.

. la molcule est constitue de 2 lments : oxygne O : (K)2(L)6 et hydrogne

: (K)1. latome doxygne contient donc ne = 6 lectrons et latome dhydrogne 1

lectron dans leur couche externe. Donc loxygne forme 2 liaisons et chaquehydrogne 1 seule liaison.

c. La formule dveloppe de la molcule deau est alors : H-O-H.

En utilisant la mthode illustre cidessus, tablir la formule dveloppedes molcules : Dihydrogne H2 Dichlore Cl

2 Chlorure dhydrogne HCl Ammoniac NH3 Le mthane CH4

Dans tous ces exemples, les atomes ne forment entre eux quune seule liaisonde covalence.

Dans les exemples qui vont suivre, il faut envisager lexistence de plusieursliaisons entre certains atomes ; ce sont des liaisons multiples : 2 liaisons entre 2 atomes est appele liaison double.(ou double liaison). 3 liaisons entre 2 atomes est appeleliaison triple. (ou triple liaison).

Dans la formule dveloppe de la molcule, on place alors les tirets (reprsentantles liaisons) les uns au dessus des autres.

Donner la formule dveloppe des molcules suivantes : dioxygne O2 lthne C2 dioxyde de carbone CO2

On remarquera que lthne est une molcule plane.

.A partir des numros atomiques, crire la structure lectroniquede tous les

lments chimiques contenus dans la molcule..En dduire le nombre de liaisons covalentes que doit former chaque atomepour respecter la rgle du duet ou de loctet.

.Chercher alors la (ou une ) formule dveloppe ou semi-dveloppe.

Activit 7

Activit 8

22 Chapitre 3 SP20



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23Chapitre 3 SP20

Chapitre

3

Chimie. Notion disomrie

tudions le cas de la molcule de butane (utilis comme moyen de chauffage, enbouteille) de formule C4H10

.

On en dduit une formule dveloppe :

On peut aussi reprsenter sa formule semi-dveloppe dans laquelle les liaisonsC-H ne sont pas reprsentes, soit :

On constate, de plus, quil y a plusieurs faons de placer les atomes les uns parrapport aux autres :

Les molcules (a) et (b) ont la mme formulebrute (C4H10), mais un enchanement datomes diffrent (formule dveloppe ousemi-dveloppe diffrente) ; ce ne sont donc pas les mmes molcules ; on dit

que ce sont, entre elles, des isomres

Trouver les formules semi-dveloppes des diffrents isomres de for-mule brute C2H6O.

H

CH

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

H3C (a)CH2 CH2 CH3

H3C

H

(b)C

CH3

CH3

Activit 9

Des isomres ont mme formule brute mais des enchanementsdatomes diffrents.

23Chapitre 3 SP20



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24 Chapitre 3 SP20

Les gaz rares sont inertes chimiquement parce quils possdent deux lectrons(pour lhlium) ou huit lectrons (pour les autres) sur leur couche lectroniqueexterne.

Au cours de ractions chimiques, on constate que les autres atomes du tableaupriodique des lments cherchent acqurir cette configuration externe stable deux (rgle du duet ) ou huit lectrons (rgle de loctet). Ils peuvent sassocierentre eux par des liaisons covalentes pour former des molcules.

Le nombre de liaisons covalentes tablies par un atome est gal au nombredlectrons rajouter sur sa couche externe pour obir aux rgles du duet et deloctet.

La formule brute dune molcule indique la nature et le nombre datomesqui la constituent.

La ormule dveloppe dune molcule prcise lordre dans lequel lesatomes sont lis les uns aux autres en schmatisant les liaisons covalentes(doublets liants).

La ormule semi-dveloppesimplifie lcriture en ne reprsentant pas

les liaisons concernant les atomes dhydrogne de la molcule.Des molcules ayant mme formule brute sont isomres lorsquelles ont unenchanement datomes diffrent.

Rsum

24 Chapitre 3 SP20

Chapitre

3

Chimie



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Hlium 2He : (K)2

Non 10Ne : (K)2(L)8

Argon 18Ar : (K)2(L)8 (M)8

Cl : (K)2(L)8(M)7aura tendance gagner 1 lectron pour acqurir la structurelectronique de largon et saturer sa couche externe : (K)2 (L)8 (M)8 : ion Cl-.

ans H2O, se trouvent 2 atomes dhydrogne et 1 atome doxygne.Dans CO2, il y a 1 atome de carbone et 2 atomes doxygne.Dans C2H6O, 2 atomes de carbone, 6 atomes dhydrogne et 1 atome doxy-gne.

La formation dune liaison de covalence entre deux atomes donne, chaqueatome, un lectron supplmentaire sur sa couche externe.

Nom Hydrogne Carbone Azote Oxygne Soufre Chlore

Symbole H C S Cl

Numro atomique Z 1 6 7 16 17

Structure lectronique (K)1 (K)2(L) (K) 2(L) (K) 2L) K) 2(L)8M) K) 2L)8(M)7

Nombre dlectrons

sur la couche externe1 4 6 7

Nombre dlectronsexternes manquants

1 4 3 2 2 1

Nombre de liaisons

covalentes1 4 3 2 2 1

Dihydrogne H2 H-H

Dichlore Cl2 : Cl : K2L8M7donc : Cl forme 1 liaison, donc : Cl-Cl

Chlorure dhydrogne HCl : H-Cl

Activit 1

Activit 2

Activit 3

Activit 5

Activits5 et 6

Activit 7

Corrig des activits

25Chapitre 3 SP20

Chapitre

3

Chimie



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26 Chapitre 3 SP20

Ammoniac NH3 :

Mthane CH4 :

Dioxygne : O=O

Dioxyde de carbone : O=C=OEthne :

Chaque atome de carbone possde 4 lectrons externes donc forme 4 liaisonscovalentes et chaque atome dhydrogne possde 1 lectron externe donc forme1 liaison covalente.

Ce qui donne les isomres :H3C-CH2-O-H (ethanol) ou : H3C-O-CH3(mthoxymthane)Ce sont bien des molcules diffrentes car leurs proprits chimiques sont dif-frentes.

H

H

N H

H

H

H

C H

Activit 8

H

H

H

H

C C

Activit 9

26 Chapitre 3 SP20

Chapitre

3

Chimie



25/95

Retrouver la dmarche utilise par Mendeleev pour tablir la classificationpriodique des lments et la comparer la classification actuellement utili-se.

En utilisant la classification priodique, retrouver la charge des ions monoato-miques et le nombre de liaisons que peuvent tablir les lments de chacunedes familles de la colonne du carbone, de lazote, de loxygne et du fluor.

Reprsenter des formules dveloppes et semi-dveloppes compatibles avecles rgles du duet et de loctet de quelques molcules simples.

1. La classification priodique des lments

Tenter de retrouver la dmarche utilise par Mendeleev en 1869 Comprendre les rgles qui rgissent la classification utilise de nos jours.

A partir de la fiche didentit de quelques lments, classer ceux-ci en fonctionde critres de votre choix.

Comparer votre classification avec celle de Mendeleev. Enfin, comparer la classification de Mendeleev avec la classification actuelle.

1.1. Classer les lments chimiques comme Mendeleev

Manipulation

Les cartes didentit de 12 lments sont fournies pages suivantes.Ce sont des fiches recto-verso.Elles sont volontairement non classes.Chaque fiche rsume les proprits connues au XIXme sicle pour un lment.

Dcouper les pages 99 et 100 ; ce sont les doubles des pages 97 et 98.(On peut mme dcouper chaque fiche sparment).Bien lire chaque fiche et classer ces lments selon eux cr tresde votre choix.

Compte-rendu

Placer ces lments dans un tableau.Expliquer quels sont les critres qui ont guid votre choix.

Objectifs

Pour que ce cours vous soit pleinement profitable, il vous est recommand dene pas consulter de tableau priodique des lments avant le paragraphe 2.

Remarque

Objectifs

Principe

Activit 1

Activit 2

Chapitre

4

Chapitre

4

Chimie

La classification priodiquedes lments chimiques

27Chapitre 4 SP20



26/95

29Chapitre 4 SP20

Chapitre

4

ChimieNOM : POTASSIUM symbole K

Masse atomique molaire : 39 g.mol-1

roprits du corps simple potassium :

tal blanc argent mou comme la cire, peudense.

f= 63,6C Teb= 760C

*soxyde rapidement lair.*ragit nergiquement avec leau avec forma-

tion de dihydrogne.*ragit avec le dichlore.

ormules de corps composs : K2O ; KCl.

NOM : HYDROGENE symbole H


Proprits du corps simple dihydrogne :

Le plus lger des gaz, se liqufie difficilement,trs peu soluble dans leau.

Tf = - 260C Teb=- 253C

*peut ragir de faon explosive avec le dioxygne.*ragit avec le dichlore., le soufre, le diazote,

le carbone.*ragit avec les oxydes mtalliques comme CuO

et les oxydes non mtalliques comme SO2.

Formules de corps composs : H2O ; HCl.

NOM : BORE symbole B


Proprits du corps simple bore :

Solide noir, lger et trs dur.

f= 2079C Teb=2550C

*soxyde temprature leve.*ragit avec lacide nitrique et lacide sulfuri-

que bouillants.*ragit avec le dichlore chaud.

Formules de corps composs : B2O3; BCl3.

NOM : LITHIUM symbole Li


Proprits du corps simple lithium :

Mtal blanc argent mou.

Tf= 180 C Teb=1342C

*soxyde avec diffrents acides avec formationde dihydrogne.

*ragit nergiquement avec leau avec forma-tion de dihydrogne.

*ragit avec le dichlore.

Formules de corps composs : Li2O ; LiCl.

NOM : BERYLLIUM symbole Be


Proprits du corps simple bryllium :

Mtal blanc brillant, peu dense.

f= 1278C Teb = 2970C

*soxyde lair avec mission de lumire.

*ragit facilement avec lacide chlorhydrique etlacide sulfurique avec dgagement de dihy-drogne.

*ragit avec une solution dhydroxyde de so-dium concentre.

Formules de corps composs : BeO ; BeCl2.

NOM : MAGNESIUM symbole Mg


Proprits du corps simple magnsium:

Mtal blanc argent mallable et ductile.

Tf= 65C Teb= 1107C

*brle dans le dioxygne avec un vif clat.

*ragit avec lacide chlorhydrique et lacide sul-furique avec formation de dihydrogne.


Formules de corps composs : MgO ; MgCl2.



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30 Chapitre 4 SP20

Chapitre

4

Chimie NOM : ALUMINIUM symbole Al


Proprits du corps simple aluminium :

Mtal blanc ; bon conducteur de la chaleur etde llectricit.

T = 660 C Teb= 2467 C

*soxyde lair.**ragit facilement avec lacide chlorhydriqueet lacide sulfurique avec dgagement de dihy-drogne.*ragit avec le dichlore.

Formules de corps composs : Al2O3 ; AlCl3.

NOM : BROME symbole Br


Proprits du corps simple dibrome :

Liquide volatil de couleur rouge sombre.

f= 7,2 C Teb =58,8C

*ragit avec le dihydrogne.*ragit avec les mtaux.*ragit avec le phosphore blanc.

Formules de corps composs : NaBr ; HBr

NOM : CHLORE symbole Cl

Masse atomique molaire : 35,5 g.mol-1

Proprits du corps simple dichlore :

Gaz verdtre, peu soluble dans leau.

T = - 101C Teb=- 34,6C

*ragit avec le dihydrogne.*ragit avec les mtaux., sauf lor et le platine.*ragit avec le phosphore blanc.

Formules de corps composs : NaCl ; HCl.

NOM : SOUFRE symbole S


Proprits du corps simple soufre :

Solide jaune, isolant lectrique.

f= 113 C Teb =445 C

*ragit avec le dihydrogne*ragit avec le dioxygne.

*ragit avec le difluor, le dibrome et le dichlore.*ragit avec la plupart des mtaux.

Formules de corps composs : SO2 ; SO3; H2S.

NOM : SODIUM symbole Na


Proprits du corps simple sodium :

Mtal blanc, argent et mou.

T = 97,8 C Teb= 893 C

*soxyde lair.*ragit nergiquement avec leau avec forma-


Formules de corps composs : Na2O ; NaCl.

NOM : FLUOR symbole F


Proprits du corps simple difluor:

Gaz jaune moins dense que lair.

f= - 219C Teb= - 188 C

*ragit avec le dihydrogne.*ragit avec les mtaux., sauf lor et le platine.*ragit avec le phosphore blanc.*ragit avec leau avec formation de dihydrogne.

Formules de corps composs : NaF ; HF.



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31Chapitre 4 SP20

Chapitre

4

ChimieNOM : POTASSIUM symbole K


Proprits du corps simple potassium :

Mtal blanc argent mou comme la cire, peudense.

f= 63,6C Teb= 760C

*soxyde rapidement lair.*ragit nergiquement avec leau avec forma-


Formules de corps composs : K2O ; KCl.

NOM : HYDROGENE symbole H


Proprits du corps simple dihydrogne :

Le plus lger des gaz, se liqufie difficilement,trs peu soluble dans leau.

Tf= - 260 C Teb=- 253C

*peut ragir de faon explosive avec le dioxy-gne.

*ragit avec le dichlore., le soufre, le diazote,le carbone.

*ragit avec les oxydes mtalliques comme CuOet les oxydes non mtalliques comme SO2.

Formules de corps composs : H2O ; HCl

NOM : BORE symbole B


Proprits du corps simple bore :

Solide noir, lger et trs dur.

f= 2079C Teb=2550C

*soxyde temprature leve.*ragit avec lacide nitrique et lacide sulfuri-

que bouillants.*ragit avec le dichlore chaud.

Formules de corps composs : B2O3; BCl3.

NOM : LITHIUM symbole Li


Proprits du corps simple lithium :

Mtal blanc argent mou.

Tf= 180C Teb=1342C

*soxyde avec diffrents acides avec formationde dihydrogne.*ragit nergiquement avec leau avec forma-


Formules de corps composs : Li2O ; LiCl.

NOM : BERYLLIUM symbole Be


Proprits du corps simple bryllium :

Mtal blanc brillant, peu dense.

f= 1278C Teb = 2970C

*soxyde lair avec mission de lumire.*ragit facilement avec lacide chlorhydrique

et lacide sulfurique avec dgagement dedihydrogne.

*ragit avec une solution dhydroxyde desodium concentre.

Formules de corps composs : BeO ; BeCl2.

NOM : MAGNESIUM symbole Mg


Proprits du corps simple magnsium:

Mtal blanc argent mallable et ductile.

Tf= 651C Teb= 1107C

*brle dans le dioxygne avec un vif clat.*ragit avec lacide chlorhydrique et lacide

sulfurique avec formation de dihydrogne.*ragit avec le dichlore.

Formules de corps composs : MgO ; MgCl2.



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Chapitre

4

Chimie NOM : ALUMINIUM symbole Al


Proprits du corps simple aluminium :

Mtal blanc ; bon conducteur de la chaleur etde llectricit.

T = 660C Teb= 2467C

*soxyde lair.**ragit facilement avec lacide chlorhydrique

et lacide sulfurique avec dgagement de di-hydrogne.


Formules de corps composs : Al2O3 ; AlCl3.

NOM : BROME symbole Br


Proprits du corps simple dibrome :

Liquide volatil de couleur rouge sombre.

f= 7,2C Teb =58,8C

*ragit avec le dihydrogne.*ragit avec les mtaux.*ragit avec le phosphore blanc.

Formules de corps composs : NaBr ; HBr.

NOM : CHLORE symbole Cl

Masse atomique molaire : 35,5 g.mol-1

Proprits du corps simple dichlore :

Gaz verdtre, peu soluble dans leau.

T = - 101C Teb=- 34,6C

*ragit avec le dihydrogne.*ragit avec les mtaux., sauf lor et le platine.*ragit avec le phosphore blanc.

Formules de corps composs : NaCl ; HCl.

NOM : SOUFRE symbole S


Proprits du corps simple soufre :

Solide jaune, isolant lectrique.

f= 113 C Teb =445C

*ragit avec le dihydrogne*ragit avec le dioxygne.*ragit avec le difluor, le dibrome et le dichlore.*ragit avec la plupart des mtaux.

Formules de corps composs : SO2 ; SO3; H2S.

NOM : SODIUM symbole Na


Proprits du corps simple sodium :Mtal blanc, argent et mou.

T = 97,8 C Teb= 893C

*soxyde lair.*ragit nergiquement avec leau avec forma-


Formules de corps composs : Na2O ; NaCl.

NOM : FLUOR symbole F


Proprits du corps simple difluor:Gaz jaune moins dense que lair.

f= - 219C Teb= - 188C

*ragit avec le dihydrogne.*ragit avec les mtaux, sauf lor et le platine.*ragit avec le phosphore blanc.*ragit avec leau avec formation de dihydro-

gne.

Formules de corps composs : NaF ; HF.



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33Chapitre 4 SP20

Chapitre

4

Chimie1.2. La dmarche de Mendlev

Mendeleev: principes de chimie

ire le texte puis rpondre aux questions de lActivit 3 :

dition 1871, traduction franaise 1897 PARISlusieurs groupes dlments semblables sont connus depuis longtemps. Loxy-ne. lazote, le carbone etc. possdent des analogues qui seront tudis plusas. Leur tude nous conduit ncessairement la question suivante: quelle est la

cause de lanalogie et quel est le rapport des groupes dlments entre eux ?ans avoir de rponses ces questions. il nest gure possible de grouper leslments analogues sans tomber dans des erreurs grossires, attendu que lesotions du degr de lanalogie ne sautent pas toujours aux yeux et ne sont pasune prcision rigoureuse. Ainsi, par exemple, le lithium ressemble sous cer-

tains rapports au potassium; par dautres points, il se rapproche du magnsium;e,glucinium ressemble laluminium et au magnsium. Le thallium, comme nouse verrons plus tard, et comme on la observ ds sa dcouverte, ressemble aulomb et au mercure mais possde en mme temps une partie des proprits du

ithium et du potassium. Il est certain que, l o nous ne pouvons pas mesurer,l faut bon gr mal gr se borner faire un rapprochement ou une comparaisonase sur les proprits les plus videntes qui sont parfois loin de prsenter unercision absolue.es lments ont cependant une proprit exactement mensurable, cest leuroids atomique. Il est donc tout naturel de chercher une relation entre les pro-

rits analogues des lments dune part et leur poids atomique dautre part.elle est lide fondamentale qui oblige disposer tous les lments daprsla grandeur de leur poids atomiqueCela fait, on remarque immdiatementa rptition des proprits dans les priodes des lments.es halognes ont des poids atomiques plus petits que les mtaux alcalins eteux de ces derniers sont galement infrieurs ceux des mtaux terreux. Cestourquoi, en disposant les lments daprs la grandeur croissante de leur

poids atomique, on obtient une rptition priodique des proprits.Ceste quon nomme la loi priodique : les proprits des corps simples X commees formes et les proprits des combinaisons, sont en fonction priodique de larandeur du poids atomique.

Lexpression poids atomique utilise dans le texte nest pas celle utilisede nos jours. Quelle est-elle ?

Donner les 2 critres de classement qui ont permis Mendeleev dtablir saClassification.

Comparer ces critres avec les vtres. Faites ventuellement les modifications ncessaires et tablissez la bonne

classification ;

ire le corrig des Activits 1, 2 et 3 puis passer la suite.

Activit 3



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34 Chapitre 4 SP20

Chapitre

4

Chimie 1.3. Comparaison de la classification de Mendeleev (1869) avec la

classification actuelleOn donne la premire classification priodique de Mendeleev (1869) :

I II III IV V VITi = 50 Zr = 90 ? = 180

V = 51 Nb = 94 Ta = 182

Cr = 52 Mo = 96 W = 186

n = 55 Rh = 104,4 Pt = 197,4

Fe = 56 Ru = 104,4 Ir = 198

Ni = CO = 59 d = 106,6 Os = 199

H = 1 Cu = 63,4 Ag = 108 Hg = 200

Be = 9,4 Mg = 24 Zn = 65,2 Cd = 112

B = 11 A = 27,4 ? = 68 Ur = 116 Au = 197 ?C = 12 Si = 28 ? = 70 Sb = 118

N = 14 P = 31 As = 75 Sn = 122 Bi = 210

O = 16 S = 32 Se = 79,4 Te = 128 ?

F = 19 Cl = 35,5 Br = 80 I = 127

Li = 7 Na = 23 K = 39 Rb = 85,4 Cs = 133 Tl = 204

Ca = 40 Sr = 87,6 Ba = 137 Pb = 207

? = 45 Ce = 92

? Er = 56 a = 94

? Yt = 60 Di = 95

? In = 75,6 Th = 118 ?

Au dbut de son texte, Mendeleev, qui avait remarqu les proprits analoguesde certains lments, se posait la question suivante : Quelle est la cause delanalogie et quel est le rapport des groupes dlments entre eux ? On peut rpondre cette question laide du modle actuel de latome.

Le numro atomique Z et la structure lectroniquedes atomes sont les deuxcritres partir desquels la classification moderne est construite.

On donne la liste de 10 des 12 lments prcdents, dans lordre alphabtique :aluminium l3Al, bryllium 4Be, bore 5B, chlore l7Cl, fluor 9F, hydrogne 1H, lithium

3 i, magnsium l2Mg, potassium 19K, sodium llNa

Envisager un classement des lments par numro atomique croissant et don-ner la structure lectronique des atomes correspondants.

eprendre le classement prcdent et le rorganiser en regroupant sur unemme colonne les atomes ayant le mme nombre dlectrons dans la coucheexterne.

Quelle remarque peut-on faire sur lvolution de la structure lectronique deslments dune mme priode ?

Activit 4



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35Chapitre 4 SP20

Chapitre

4

ChimieLa classification ainsi obtenue est la classification priodique actuelle.

Quelle(s) diffrence(s) ventuelle(s) peut-on constater entre cette classifica-tion et celle de Mendlev ?

Que peut-on dire alors du travail effectu par Mendeleev ?

La principale raison du succs de la classification de Mendliev fut de prdirelexistence dlments chimiques lpoque (1869) encore inconnus comme legermanium.

2. Utilisation de la classification priodique

2.1. Familles chimiques

A quoi est due lanalogie des proprits chimiques des lments dune mmecolonne ?

A quoi sont lies les proprits chimiques dun lment chimique ?

Les lments dune mme colonne constituent ce que lon appelle une familledlments chimiques.Il faut savoir localiser : la famille des alcalins: colonne I;

Nommer 3 exemples dalcalins.

la famille deshalognes: colonne VII.

Nommer 4 exemples dhalognes.

la famille des gaz nobles (ou rares ) : colonne VIII.

Les gaz rares furent dcouverts la fin du XIXme sicle ; aussi, Mendlev eut- il des difficults les intgrer car il avait construit son tableau en mettant en

Activit 5

Activit 6

Activit 7



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36 Chapitre 4 SP20

rapport le poids atomique des lments et leurs proprits. En effet, les gaz raressont des lments qui se caractrisent par leur grande inertie chimique (absencede ractivit).

2.2. Formules des molcules usuelles et charges des ions monoa-omiques

Revenons sur la famille des mtaux alcalins : ces lments possdent tous 1lectron de valence.Lexprience montre que ces lments sont trs ractifs, en particulier avec ledioxygne et leau.Lors de ces ractions les alcalins cdent leur lectron de valence pour donnernaissance des cations porteurs dune seule charge positive.Ces lments respectent alors la rgle de loctet (structure lectronique du gazrare le plus proche dans la classification).Llment sodium, par exemple, se trouve sous la forme dion Na+

En partant du mme raisonnement, trouver la formule des ions monoa-tomiques que tendent donner les lments de la famille des halognes(colonne VII).

Quel type dion monoatomique tend donner un lment de la colonne III ?

Quand aux gaz nobles situs sur la colonne VIII, leur couche de valence satureexplique leur absence de ractivit.Dautre part, un lment comme le carbone, situ sur la colonne IV peut, soitdonner, soit gagner 4 lectrons pour respecter la rgle de loctet.

Lexprience montre quil a tendance gagner 4 lectrons en formant 4 liaisonsde covalence (dans des molcules comme CH4 ou CO2 .

En partant de la position de llment azote dans la classification, justi-fier son nombre de liaisons dans des molcules comme N2ou NH3.

Activit 8

Activit 9

Activit 10

Chapitre

4

Chimie



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37Chapitre 4 SP20

Chapitre

4

Chimie

Montrer par quelques expriences simples, lanalogie des proprits chimiquesdes lments dune mme colonne. La famille prise en exemple est la familledes halognes (colonne VII) et plus prcisment les lments chlore, brome, etiode).

Sous quelle forme de corps pur simple trouve-t-on chacun des trois l-

ments : chlore, brome et iode ?

1. Raction de laluminium avec les dihalognesAux conditions habituelles de temprature (25C) et de pression (atmosphri-que) : le dichlore est gazeux le dibrome, liquide, le diiode, solide laluminium Al, solide.

Les dihalognes sont des produits dangereux, mettre laluminium en excs poures consommer totalement.

On met en prsence laluminium et un dihalogne, et on obtient les rsultatssuivants :

Raction delAluminium

avec :Dichlore Dibrome Diiode

Caractristiqueschauffage

Vives incandescences Raction exothermi-que aprs ajout dun

peu deau (catalyseur).

Dgagement gazeux devapeurs violettes (I2)

Produit obtenu Chlorure daluminium AlCl romure daluminium AlBr3 Iodure daluminium AlI3

a. Quel rcipient choisir pour chaque exprience ?b. crire les quations des trois ractions provoques.c. Comparer le comportement des trois dihalognes.

2. Caractrisation des ions halognures :

Les ions halognures sont les ions monoatomiques des halognes :

Objectifs

flchir

Activit 11

aliser

Activit 12

FicheTP

Comparaison des propritschimiques de quelques halognes



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38 Chapitre 4 SP20

Chapitre

4

Chimie Donner la formule des ion chlorure, bromure et iodure.

Dans quatre tubes essais contenant respectivement environ 2 mL de solutionde chlorure de sodium, de bromure de sodium, diodure de sodium et de sulfatede sodium, verser quelques gouttes de nitrate dargent (Ag++ NO3

-).On obtient, dans les trois premiers tubes, un prcipit blanchtre ou jauntre,tandis quaucun rsultat visible napparat dans le quatrime tube. Seul le prci-pit du premier tube noircit la lumire.

a. Quel est lion commun contenu dans les quatre tubes ? A-t-il ragi pourdonner un prcipit dans les trois premiers tubes ? Pourquoi ?

b. En dduire les quations des ractions provoques dans les trois pre-miers tubes.

c.Conclure sur le comportement des ions halognures avec les ions Ag+.

Activit 13

Activit 14



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37/95

Les 2 critres considrer sont : dune part, la masse atomique molaire ; dautrepart, les proprits du corps simple : en effet, on peut remarquer que certainslments prsentent une certaine analogie dans les proprits (physiques etchimiques).

i e B F

a g Al S Cl

r

La classification peut se faire en considrant sur une mme colonne, les lmentsprsentant une certaine analogie de proprits : Les lments de la 1recolonne ragissent en particulier avec leau avec for-

mation de H2, ainsi quavec le dichlore. Ils prsentent aussi le mme type decomposs.

Idem pour les lments de la 2 colonne. Pour les lments de la dernire colonne, ils ragissent avec les mtaux et avec

le phosphore.

Lexpression utilise de nos jours est : masse atomique. Les 2 critres adopts par Mendlev sont : la masse atomique et la priodi-

cit des proprits.

1H : K1

3Li : K 4 e : K : K 2 3

9 : K L7

11 a : K1

12 g : K L 2

13Al : K L M 17Cl : K 19K : K L M

on peut regrouper les lments possdant le mme nombre dlectrons devalence ( couche externe) dans une mme colonne :

H : K1

3Li : K L1

4Be : K L B : K 9F : K L 7

11Na : K L M 12Mg : K2

13 l : K L M 3

17Cl : K7

19K : K L M 8 1

une priode correspond au remplissage dune couche dlectrons.

Activit 1

Activit 2

Activit 3

Activit 4

Chapitre

4

Chimie

40 Chapitre 4 SP20




38/95

41Chapitre 4 SP20

Chapitre

4

Chimieon constate tout dabord que les 2 classifications prsentent une grande res-

semblance.es principales (petites) diffrences que lon peut noter sont :inversion ligne colonne.place de llment hydrogne.

inversion de quelques lments.absence des gaz inertes (nobles) dans la classification de Mendlev. Sans la classification des lments tablie par Mendlev, la classification

actuelle naurait jamais vu le jour.

Des lments possdant le mme nombre dlectrons de valence (dernirecouche), prsentent des proprits analogues.

Les proprits chimiques dun lment sont lies son nombre dlectrons devalence.

es lments lithium, sodium et potassium sont des alcalins.

es lments fluor, chlore, brome et iode sont des halognes.

es halognes captent 1 lectron pour saturer leur niveau de valence et donneres ions monoatomiques charg ( comme F par exemple).

n lment de la colonne III tend donner un ion charg 3+ car ils doivent perdre

3 lectrons pour acqurir la structure lectronique du gaz noble le plus proche.

lment azote est situ sur la colonne V du tableau, il lui manque donc 3 lec-trons pour saturer son niveau de valence (plus ais que de perdre 5 lectrons). Ilformera alors 3 liaisons de covalence.

es trois lments se trouveront donc sous forme de dihalogne car ils formentinsi la liaison de covalence quil leur manque pour saturer leur couche externe,oit respectivement :

ichlore : Cl-Cl dibrome : Br-Br diiode : I-I

a pour chaque exprience, choisir un rcipient ferm : ballon fond plat ouerlenmeyer.

b Al + 3 Cl2 2AlCl3 2Al + 3 Br2 2AlBr3 2Al + 3 I2 2AlI3c Les trois dihalognes sont un comportement similaire vis--vis de lalumi-

nium.

Activit 5

Activit 6

Activit 7

Activit 8

Activit 9

Activit 10

Activit 11

Activit 12



39/95

42 Chapitre 4 SP20

Chapitre

4

Chimie Ion chlorure Cl

- (rgle de loctet satisfaite)ion bromure Brion Iodure Ipour la mme raison

a ion commun contenu dans les quatre tubes est lion sodium Na+Il na pasragi car aucune raction visible napparat dans le quatrime tube.Donc les ions qui ragissent dans les trois premiers tubes sont les ions halog-nures : Cl , Br et I avec le cation de la solution de nitrate dargent soit Agdo :Ag +Cl -AgCl (qui noircit la lumire)Ag +Br AgBrAg + I AgI

c Comportement similaire des ions halognures avec lion Ag

Activit 13

Activit 14



40/95

43Chapitre 5 SP20

Chapitre

5

Chimie

Dfinir et utiliser la mole Relier les quantits de matire aux masses

1. La mole, unit de quantit de matire

1.1. Une question dchelle

En Chimie, les chantillons de matire avec lesquels on travaille sont valus partir de leur masse ou de leur volume en fonction de leur tat physique (solide,liquide ou gazeux).Pour mesurer une masse, on utilise une balance, tandis que pour mesurer unvolume, on peut utiliser une prouvette gradue.Ces mesures se font notre chelle de dimension ou de poids cest--dire chelle macroscopique.Or, les entits qui constituent la matire (atomes, ions, molcules) sont demasse ou de volume non mesurables par les instruments cits plus haut. Ellessont dchelle microscopique.

Envisageons lexemple de la raction de la poudre de fer sur la poudre de soufre.On obtient, aprs amorage de la raction par chauffage, du sulfure de fer FeS(solide). Soit lquation-bilan :

Fe + S FeS

A lchelle microscopique, lquation de la raction nous dit quun atome de ferragit sur un atome de soufre pour donner une molcule de sulfure de fer

A lchelle macroscopique : quand le chimiste ralise cette raction, il utilise parexemple un mlange de 5g de fer et de 5g de soufre. Il met ainsi en uvre untrs grand nombre datomes.

Il existe donc un dcalage entre ce que lon fait et ce que lon crit, du undcalage dchelle.

1.2. La molePour faire disparatre ce dcalage, on va raisonner, non plus sur un atome maissur un paquet datomes, soit 1 x NAatomes.Ce qui donnera 1 x NAatomes de fer ragissent avec 1 x NA atomes de soufrepour donner 1 x NA molcules de sulfure de fer .Cette valeur symbolise NAest appele une mole: elle correspond un paquetdentits lmentaires : atomes, ions ou molcules. On parle ainsi de moledatomes, mole dions ou moles de molcules.

Objectifs

Chapitre

5

La mole : unit dequantit de matire



41/95

44 Chapitre 5 SP20

Chapitre

5

Chimie Cette nouvelle unit est ainsi adapte notre chelle ; en effet, la masse dune

mole datomes est de lordre du gramme et non plus de 10-24g.

Lquation bilan de la raction

Fe + S FeS

signifie alors : une mole de fer ragit sur une mole de soufre pour donner unemole de sulfure de fer.La mole est lunit de quantit de matire : elle est dfinie partir dunerfrence : lisotope 12 du carbone.

Des mesures rcentes montrent quil y a 6,022 .1023 atomes de carbones dans12g de carbone 12. Cette valeur constante de 6,022 .1023est appele constantedAvogadro NA. Elle sexprime en mol

-1:

NA. = 6,022 .1023mol-1

La constante dAvogadro est un nombre trs lev et difficile mesureravec prcision cest--dire avec un grand nombre de chiffres significatifs :un calcul approch montre que la production mondiale annuelle de bl estdenviron 1,7.1016grains. Pour produire une mole de grains, cest--dire

6,02.1023grains, il faudra 36 millions dannes !ans 27g daluminium mtal, ont dnombre 6,02.1023 atomes daluminium.a notion de quantit de matire exprime en mole, nous permet de dire

que lon a 1 mole daluminium dans 27g de ce mtal.

Remarque

1.3. Quantit de matire

La quantit de matiredsigne le nombre de moles de matire contenuesdans un chantillon donn ; elle est symbolise par n.Ainsi, en considrant un chantillon de matire contenant N entits lmentaires, chaque fois que lon a 6,022 .1023entits, on dit que lon a 1 mole. Il y a doncproportionnalit entre le nombre N et la quantit de matire n selon :

n ; Quantit de matire (mol.)NA : constante dAvogadro (mol

-1.)N : nombre dentits (entits).

Cette nouvelle unit (mol.) est bien adapte notre chelle.

La mole est la quantit de matire dune systme contenant autant dentits

lmentaires quil y a datomes de Carbone dans 12g de carbone 12.

n=N

NA



42/95

Chapitre

5

Chimie2. Quantit de matire et masse

2.1. Masse molaireComme lindique son nom, la masse molaire est la masse dune mole dentits

lmentaires. Elle est note M et est exprime en g.mol-1 ou g/mol.La massemolaire va nous permettre de relier quantit de matire et masse .

Masse molaire atomique

La masse molaire atomique est la masse dune mole datomes. Cestune grandeur caractristique dun lment donn. On trouve la masse molaireatomique correspondant chaque lment dans la classification priodique deslments ; vous navez donc pas connatre les valeurs numriques, elles sontdonnes dans les exercices.

Ainsi :C= 12,0 g.mol

-1 et M0= 16,0 g.mol-1

Le plus souvent, ce sont des valeurs entires (arrondies) ; pour certains lmentsa valeur de M est dcimale, par exemple : MCl = 35,5 g.mol

-1

En effet, la masse molaire atomique est la masse dune mole datomescorrespondant au mlange naturel cest--dire avec les proportions naturelles deses diffrents isotopes.

Ainsi, le chlore possde 2 isotopes : le chlore 35 de masse molaire 35,0 g.mol-1

et le chlore 37 de masse molaire 37,0 g.mol-1.

Quelle est labondance relative (en %) de chacun des isotopes duchlore ?

Masse molaire molculaire

La masse molaire molculaire est la masse dune mole de molcules .Comme une molcule est un assemblage datomes, la masse molaire molculairesobtient en additionnant les masses molaires atomiques de chacun des atomesqui constituent cette molcule.

la masse molaire de leau H2O :

M O=M +M +M =2 M +M =2 1+16=18 g.MolH H H O H O2

1

Calculer la masse molaire de : Lammoniac NH3 Le dioxyde de carbone CO2 Lthne C2H4 Lthane C

2

H6 Lacide sulfurique H2SO4

Activit 1

Activit 2

45Chapitre 5 SP20



43/95

46 Chapitre 5 SP20

Chapitre

5

Chimie On donne les masses molaires atomiques :

Elment H C N O S

Masse

molaire M(g.mol-1) 12 14 16 32

Masse mo aire ionique

La masse molaire ionique est la masse dune mole dions. On peutngliger la masse des lectrons devant la masse du noyau de latome ; la massemolaire dun ion se calcule sans tenir compte de la masse des lectrons gagnsou perdus.

MNa+ MNa = 23 g.mol-1

MSO42- MSO4= MS + 4MO = 96 g.mol-1

Calculer la masse molaire des ions :

+

Cl-

PO43-

Donnes :

M g mol

M g mol

Mp g mol

M

Cl

O

K

=

=

=

=

35 5

16

31

3

1

1

1

, .

.

.

99 1g mol.

2.2 Relation entre quantit de matire et masse.

Daprs la dfinition de la masse molaire, on a la relation :

Exemple

Activit 3

n=m

M

n : quantit dematire (mol)m : masse (g)

M :: masse molaire (g.mol )1

Exemple : dans 100g d'eau, quelle quantit dde matire ? (M =18g.mol )

n =m

M

H O-1

H OH O

H O

2

2

2

2

==100

18= 5,55mol.



44/95

a) Calculer la quantit de matire contenue dans :1,6 g de mthane CH41,7 g dammoniac NH3

4,4 g de dioxyde de carbone CO2b) Quelle masse est contenue dans :0,2 mole dthane C2H62,5 moles dacide sulfurique H2SO4

Donnes : voir Activit 2.

Activit 4

47Chapitre 5 SP20

Chapitre

5

Chimie



45/95

La mole est lunit de quantit de matire. Elle permet au chimiste de passer delchelle microscopique (atome, molcule) lchelle macroscopique (la ntre).Une mole dentits chimiques correspond un paquet dentits contenant6,02.1023 entits. Ce nombre, not NA est appel constante dAvogadro ;N = 6,02.1023mol-1.

La quantit de matire dsigne le nombre de moles de matire contenues dansun chantillon donn ; elle est symbolise par la lettre n.

Ainsi, en considrant un chantillon de matire contenant N entits lmentaires, chaque fois que lon a 6,02.1023 entits, on dit que lon a 1 mole dentits. Ily a donc proportionnalit entre le nombre N et la quantit de matire n selon :

n N

NA=

n : quantit de matire (mol.)N : constante dAvogadro (mol-1)N : nombre dentits (sans unit)

La masse molaire atomique est la masse dune mol e datomes. Elle est note Met est exprime en g.mol-1.

La masse molaire molculaire est la masse dune mole de molcules. Ellesexprime aussi par le symbole M. elle se calcule en additionnant les massesmolaires atomiques de chacun des atomes constituants cette molcule.

La relation entre quantit de matire et masse est :

m = n M

m : masse de lchantillon (g)n : quantit de matire (mol.)M : masse molaire du corps pur (g.mol-1).

Chapitre

5

Chimie

48 Chapitre 5 SP20

Rsum



46/95

49Chapitre 5 SP20

n peut poser deux quations deux inconnues :x : % de 35Cl: % de 37Cl

x.M35Cl+ y.M37Cl= 35 ,5 * 100 (1)x + y = 100 (2)oit :

35x + 37y = 3550 (1)x + y = 100 (2)

2) : y = 100 - x1) : 35x + 37(1-x) = 3550 soit 35x + 37 - 37x = 3550

-2x = - 150 soit x = 75 donc y = 25

oit 25 % de 7Cl et 75 % de 35Cl

-M = M + 3M = 14 +3 =17g.mol

-M = M +2M = 12+

NH N H-1

CO C O

3

222 x16= 44g.mol

-M = 2M +4M = 12x2+ 4 x1== 28g

-1

C H C H2 4..mol

-M = 2M + 6M = 2x12+ 6x1== 30g.mol

-M

-1

C H6 C H-1

2

HH SO H S O-1

2 4=2M +M +4M = 2x1+32+4x16==98g.mol

M M = 39g.mol

M M = 35,5g.mol

M

K K-1

Cl Cl-1

PO

+

-

43-

+ M = M + 4M = 31+ 4 16 =95g.molPO P O4

n =m

M=

1,6

16= 0,1mol.

n =m

M=

1,

CH4CH4

CH4

NH3NH3

NH3

77

17= 0,1mol.

n =m

M=

4,4

44= 0,1mol.

m

COCO

CO

C2

2

2

2

H66 H6 H6

2SO4 2

SO4 2SO

= n M = 0,2 30 = 6gm = n M

C2 C2

H H H

44= 2,5 98 = 245g

Activit 1

Activit 2

Activit 3

Activit 4

Chapitre

5

Chimie




47/95

Prparer une solution par dissolution dune espce molculaire dans leau. Elaborer un protocole de dilution. Trouver lordre de grandeur de la concentration dune solution colore, laide

dune chelle de teintes. Savoir prlever une quantit de matire dune espce chimique donne en

utilisant une balance, une prouvette gradue ou une burette gradue. Raliser la dissolution dune espce molculaire. Raliser la dilution dune solution en utilisant la verrerie de base (pipette gra-

due ou jauge, poire pipette, burette, fiole jauge). Savoir qu'une solution peut contenir des molcules ou des ions. Connatre lexpression de la concentration molculaire dune espce molcu-

laire dissoute et savoir lutiliser. Connatre et utiliser une chelle de teintes.

1. Les solutionsDans un bcher contenant de leau distille, introduisons une pointe de spatulede cristaux de sucre (saccharose) et agitons le tube.

Les cristaux semblent disparatre dans la solution. Ils se sont dissous.Nous avons prpar une solution aqueuse de saccharose.La quantit deau est trs suprieure celle du saccharose ; ainsi, leau constitue-t-elle le solvant et le glucose, le solut.Le solvantest toute substance liquide qui a le pouvoir de dissoudre dautressubstances.Le solutest une espce chimique (molculaire ou ionique) dissoute dans unsolvant.Le solvant est toujours en quantit trs suprieure au(x) solut(s).Ce mlange homogne (solvant + solut) est appel solution (aqueuse si le

solvant est leau).

2. Dissolution dune espce molculaire :

En gardant lexemple du saccharose de formule C12H22O11 qui est un solidemolculaire (constitu de molcules), on obtient alors une solution aqueusecontenant des molcules dissoutes C12H22O11.Des cristaux de saccharose sont constitus par un empilement de molculesC12H22O11 lies les unes aux autres.Lors de leur dissolution dans leau, ces liaisons sont rompues, provoquant la

libration des molcules dans leau.

Objectifs

Chapitre

6

Chimie

50 Chapitre 6 SP20

Chapitre

6 Les solutions aqueuses



48/95

procder la fabrication de 100 mL de solution aqueuse de glucose 0,100mol.L-1 en glucose.

Fig.1 fig.2

Fig.3 fig.4

Le solide pes ( et plac dans une capsule) est introduit dans une fiole jauge de100 mL avec un entonnoir ( solide). Puis on rince la capsule et lentonnoir avecde leau distille (fig. 1).On remplit la fiole aux environ avec de leau distille et, aprs lavoir bouche,on lagite pour favoriser la dissolution du solide (fig.2).Lorsque le mlange est homogne, on complte avec de leau distille, avec lapissette deau au dbut, puis laide dune pipette simple pour terminer au trait

de jauge (fig.3).On rebouche la fiole puis on la retourne plusieurs fois pour bien homogniserla solution (fig.4).

3. Concentration dune espce dissouteLa concentration molaire (appele aussi concentration) dune espce Adissoute dans un volume V de solution est note : [A].Elle est gale au quotient de la quantit de matire de A dissous par le volumeV de solution :

Objectifs

Chapitre

6

Chimie

51Chapitre 6 SP20

FicheTP

Comment prparer une solutionaqueuse par dissolution dun

compos solide ?



49/95

52 Chapitre 6 SP20

Chapitre

6

Chimie

A =n

V

A[ ]

[A] en mol.L-1ou mol/L

n en mol.V en L

dans la vie courante, on donnesouvent la concentrationmassique dune solution.

RemarqueLa concentration massique Cdune solution (en g.L-1ou : g/L ) estgale au rapport de la masse m (en g)de solut dissout par le volume V (enL) de solution :

C=m

V

La relation entre concentration massique C (g.L-1) et concentrationmolaire [A] (mol.L-1) dun solut A de masse molaire MA(en g.mol

-1) est :

C =m

V=

n .M

V=[A].MA A

A

On dissout 17,1 g de sucre dans de leau de faon obtenir 50,0 mL desolution deau sucre.Quelle est la concentration ( molaire) du saccharose dans cette solu-

tion ?Donne : Masse molaire du saccharose (C12H22O11): 342 g.mol-1.

On dsire fabriquer 100 mL de solution deau sucre 0,100 mol.L-1.Quelle masse de cristaux de saccharose doit-on dissoudre ?

4. Dilution dune solution aqueuseLa dilution dune solution aqueuse consiste en diminuer la concentrationpar ajout de solvant (eau). La solution initiale de concentration suprieure est

appele solution-mre.La solution finale de concentration infrieure est appele solution-fille(solution dilue).Lors dune dilution, il y a conservation de la quantit de matire de solut de tellesorte que lon peut crire :

ni = n

avec n : quantit de matire ; V : volume et C : concentrationi : initial cest--dire relatif la solution-mre.f : final cest--dire relatif la solution dilue.

Activit 1

Ci Vi= Cf V



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53Chapitre 6 SP20

Chapitre

6

ChimieGnralement, on connat la valeur des concentrations ; le problme tant de

dterminer celle des volumes : Vi : volume de solution-mre prlever et Vf:volume de solution dilue correspondant celui de la fiole jauge.

On dispose de 100 mL de solution aqueuse de diiode I2de concentration5,0.10-2mol.L-1.Quel volume de solution-mre utiliser pour procder la fabrication de50,0 mL de solution dilue de diiode de concentration 1,0.10-2mol.L-1?

Activit 2



51/95

fabrication de la solution aqueuse dilue de diiode de lactivit 2.

Fig.1 Fig.2

fig.3 fig.4

fig.5

On prlve 5,0 mL de solution-mre laide dune pipette jauge un ou deuxtraits de 5,0 mL et munie dune propipette (fig.1).On introduit la solution prleve dans une fiole jauge de 50 mL (fig.2).On remplit aux la fiole par de leau distille et, aprs lavoir bouche, on agitepour favoriser la dilution( fig.3).Lorsque le mlange est homogne, on complte avec de leau distille, avec lapissette deau au dbut, puis laide dune pipette simple pour terminer au traitde jauge (fig.4).On Rebouche la fiole puis on la retourne plusieurs fois pour bien homogniserla solution (fig.5).

Objectifs

54 Chapitre 6 SP20

FicheTP

Comment prparer unesolution par dilution ?

Chapitre

6

Chimie



52/95

Chapitre

6

ChimieOn se propose de fabriquer des solutions dilues dans un volume tel quon puisse

remplir une des fioles jauges mises disposition.Vous travaillez pour un laboratoire de Chimie industrielle. Votre chef de servicevous demande de ralisez les solutions aqueuses de diiode de concentrations : 1,0.10-2 mol.L-1

4,0.10-3 mol.L-1 1,0.10-3 mol.L-1

pour cela, vous disposez de 40 mL de solution-mre de diiode 5,0.10-2 mol.L-1

Vous disposez aussi du matriel suivant : Pipettes jauges de : 2 mL, 5 mL, 10 mL, 20 mL. Poire pipette. Burette gradue de 25 mL. Fioles jauges de : 50 mL, 100 mL, 250 mL, 500 mL. Tubes essais dans un porte - tube. Eau permute.

Pour chacune des dilutions effectues, indiquer les rcipients utiliss etcalculer :

oncentration demande 1,0.10 -2mol.L-1 ,0.10 -3mol.L-1 1,0.10 -3mol.L-1

Le volume de solution dilue

voulu (mL).

Le volume de solution-mrerlev (mL).

Indication : noubliez pas que de procder ces fabrications en tenant comptedu volume de solution-mre de dpart, ainsi que du matriel disponible dont laliste est indique ci-dessus.

5. chelle de teintes2 solutions contenant la mme espce chimique colorante la mme concentrationauront la mme teinte si elles sont observes dans les mmes conditions (mmercipient, mme clairage).La couleur de la solution dpendra alors seulement de la concentration de lasolution.Une chelle de teintes est un ensemble de plusieurs solutions contenant la mmeespce colorante mais des concentrations diffrentes.On utilise une chelle de teintes pour valuer approximativement la

concentration inconnue dune solution de cette espce par comparaison decouleur.

Activit 3

55Chapitre 6 SP20



53/95

Le solvant est toute substance liquide qui a le pouvoir de dissoudre dautressubstances. Le solut est une espce chimique (molculaire ou ionique) dissoutedans un solvant. Le solvant est toujours en quantit trs suprieure au(x)solut(s).

Ce mlange homogne (solvant + solut) est appel solution (aqueuse si lesolvant est leau).

Prparation dune solution par dissolution dun compos solide.

Prparation dune solution par dilutionLe calcul numrique relatif une dilution est bas sur la conservation de lamatire :

soit : Ci Vi = CfVf

avec n : quantit de matire ; V : volume et C : concentrationi : initial cest--dire relatif la solution-mre.f : final cest--dire relatif la solution dilue.

Gnralement, on connat la valeur des concentrations ; le problme tant dedterminer celle des volumes : Vi: volume de solution mre prlever et Vf:

volume de solution dilue correspondant celui de la fiole jauge.Une chelle de teintes est un ensemble de plusieurs solutions contenant lamme espce colorante mais des concentrations diffrentes.

Chapitre

6

Chimie

56 Chapitre 6 SP20

Rsum



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57Chapitre 6 SP20

Chapitre

6

Chimie

La concentration de saccharose dans la solution peut sexprimer par :

[C H O ] 12 22 11 =n

Vsaccharose

Le volume V de la solution est de 50,0 mL ; tandis que la quantit de matire nde saccharose est inconnue : il faut la calculer.

tilisons la relation de dfinition de

Do : [C 2O6] = 0,050 / 0,050 = 1,0 mol.L-1.

Attention bien exprimer V en litres.)

La masse de cristaux dissoudre peut se calculer par la relation : m = n * M.

r, on ne connat pas la valeur de la quantit de matire n de saccharose dis-oudre. Par contre, on peut calculer n par :

= [C12 22 O11] x V = 0,100 * 0,1 = 0,01 mol.

o : m = 0,01 342 =3,42 g

l faut utiliser la relation de conservation de la quantit de matire : ni = nfoit :

i V = CfVf

a principale difficult est de faire lapplication numrique, cest--dire didenti-fier chaque valeur numrique .

a solution dilue est la solution de concentration 1,0.10-2

mol.L1

donc := 1,0.10-2mol.L1et V = 50,0 mL.

uant Ci= 5,0.10-2mol.L1et Viest ici linconnue.

o Vi= 1,0.10-2 50 / 5,0.10-2 10,0 mL

Activit 1

Activit 2

n : n 17,1 / 342 =0,050 mol =m

M= .




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58 Chapitre 6 SP20

Chapitre

6

Chimie

Concentration demande 1,0.10 -2mol.L-1 4,0.10 -3mol.L-1 1,0.10 3 mol.L-1

Le volume de solution diluevoulu (mL).

iole de 50,0 Fiole de 250,0 Fiole de 100(ou 250)

Le volume de solution-mreprlev (mL).

ipette de10,0 Pipette de 20,0 ipette de 2(ou 5)

Dans les diffrents cas envisags, le volume total ne dpasse pas 40 mL.

Activit 3



56/95

Rviser les connaissances acquises au collge impliquant lecture, observations,classement ;

Proposer une exprience rpondant un objectif prcis.

Suivre un protocole en respectant les consignes (scurit, protection de lenvi-ronnement).

Faire le schma dune exprience. Reconnatre, nommer et choisir le matriel ncessaire.

Savoir que certaines espces chimiques proviennent de la nature et dautres dela chimie de synthse.

Interprter, discuter et prsenter les rsultats dune analyse comparative.

Lire ltiquette, la notice dun mdicament et en extraire linformation utile.

Mettre en uvre un protocole pour montrer quune espce chimique interagitavec le milieu dans lequel elle se trouve.

Identifier la prsence dun groupe caractristique dans une formule dveloppe.

Substances naturelleset substances de synthse

1. Inventaire de quelques substances chimiques :

Ltude sera ralise partir dun produit courant : la pomme.

Prendre une pomme, lobserver, la sentir, la goter.

Une pomme contient elle des substances chimiques parmi cellesproposes dans le tableau suivant ?

Complter le tableau.

Objectifs

A

Activit 1

Chapitre

7himie

Formulation

dun mdicament

59Chapitre 7 SP20

Chapitre

7

Chimie



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substance chimique Prsente ? (oui ou non )Substance naturelle

ou additif ?

Colorants

GraissesAcides

Dtergents

Sucres

Pesticides

Armes

ydrocarbures

Sels minraux

Vitamines

Essayons maintenant de vrifier exprimentalement la prsence ou non de cer-taines de ces substances dans la pomme.

Quelles expriences simples, vues au collge, permettent de vrifierla prsence des espces chimiques suivantes : eau, sucres, acides etgraisses.

Pour chacune delles

laborer un protocole (une manipulation),

dessiner le schma du montage quil faudra raliser et prvoir les rsultats.

choisir le matriel et les produits ncessaires chaque exprience.

le matriel et les produits :

Du papier pH

De la liqueur de FehlingDu sulfate de cuivre anhydre

Une pomme

Activit 2

Des capsules en verre

Des bchers

Un tube dgagement

Des tubes essais

Un bec bunsen

Un ballon

Une pince en bois

Des pipettes

Donnes

Chapitre

7

Chimie



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2. Espces chimiques naturelles et espceschimiques synthtiques :

Un produit naturel comme la pomme contient donc des substances naturelles,

mais aussi des substances synthtises par lindustrie chimique, et que lhommeajoute au produit pour diverses raisons.

Lhomme a aussi tent de recopier des produits naturels. Cest, par exemple, lecas de lponge.

Naturel ou synthtique ? Lponge

Daprs le magazine Molcules , dcembre 1992

Lponge est le parfait exemple dun produit naturel recopi et amlior par lindustrie

chimique. Aujourdhui, 74 millions dponges vgtales sont consommes en Francec aque anne.

Deux sicles avant notre re, les Crtois utilisaient dj les ponges marines quils pchaientcomme le font encore aujourdhui les Tunisiens et les Grecs. Celles-ci sont des squelettesdanimaux marins qui filtrent par leurs pores les microsubstances de leau de mer.

notions fondamentales chimie

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