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C H I M I E

Atomistique Le mot chimie est dérivé de l’alchimie : al kemi (arabe) = “science de la terre noire” ; kemyet (égyptien) = partie inondable de la vallée du Nil, se réfère à la magie noire. L’alchimie est une science ésotérique (= transformer la matière) dont l’objet est l’étude de la matière et de ses transformations.

La chimie d’aujourd’hui

Le monde de la santé bénéficie abondamment des découvertes issues de la chimie : les antibiotiques (la pénicilline), le traitement contre le cancer (navelbine), le traitement contre le virus du VIH (molécule d’AZT).

C’est une science qui étudie la composition de la matière et ses transformations. La structure et ces propriétés de la matière au niveau moléculaire sont à l ‘origine de nombreux phénomènes naturels. Les niveaux d’énergie mis en œuvre dans les La matière phénomènes chimiques font que seuls les électrons La vision atomique de la matière : périphériques sont concernés. L’hypothèse atomique de Dalton : toute matière est Il s’agit d’une science très vaste (manipulation des constituée de particules élémentaires indivisibles atomes, création de lors des transformations molécules, étude de leurs L’hypothèse atomique de chimiques. Ces particules interactions avec le monde Dalton : toute matière est microscopiques simples, vivant ou physique). qui ne peuvent être constituée de particules Science qui se décline à fractionnées, élémentaires indivisibles lors plusieurs échelles : une indestructibles sont des transformations science à la fois appelées atomes. microscopique (échelle du chimiques. Ces particules Ces atomes sont millionième de millimètre) microscopiques simples, qui désignés par des et macroscopique (unité de ne peuvent être symboles et ont des la tonne). Cette science est fractionnées, indestructibles propriétés. Ils très vaste (manipulation des constituent des éléments sont appelées atomes. atomes, création de de la matière. molécules, étude de leurs Une molécule est une interactions avec le monde association d’atomes vivant ou physique). liés. Un corps pur est un La chimie, une science ensemble de molécules ou d’atomes identiques. centrale Il peut être composé de : En interaction constante avec la biologie, la  Corps simples : molécules constituées physique, la médecine, la science des matériaux, la d’atomes de même nature. géologie ou encore l’agronomie. La structure et les  Corps composés : molécules constituées propriétés de la matière au niveau moléculaire sont d’atomes de nature différente. à l’origine de nombreux phénomènes naturels. La Un mélange est un ensemble de molécules de chimie est fondatrice des sciences de la vie et des nature différente. sciences des matériaux.

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COURS 1 – 9 septembre 2013 – BOSCHI

L’expérience de Rutherford (1911)

Dans le tableau périodique les éléments sont classés par Z croissant. On appelle nucléide l’ensemble des atomes ainsi définis. Un atome peut gagner ou perdre des électrons, il porte alors une ou des charges et devient un ion. Un ion positif est un cation, un ion négatif est un anion.

Tous les atomes sont répertoriés dans le tableau périodique des éléments.

On appelle “élément” l’ensemble des nucléides de même Z. L’élément est constitué d’un ensemble d’isotopes présents en fonction de leur abondance naturelle. Isotopes : Éléments ayant le même Z mais A différents, lié au nombre de neutrons différents, possède les mêmes

Modèle Plum-Pudding (modèle plein) 1897 puis modèle planétaire (modèle vide) 1911.

propriétés chimiques mais des propriétés physiques différentes (masse).

L’atome est composé d’un noyau central (+), lui même composé de protons (+) et de neutrons (0) ; d’électrons (-) qui sont réparties en couches.

Masse atomique et masse molaire La masse atomique : somme des masses des constituants de l’atome. Aat = ∑me + ∑mp + ∑mn (en kg)

1 atome d’hydrogène = 10-10 m (1Å) = 10-7mm ; il faut 10 millions d’atomes côte-à-côte pour faire 1mm. Le noyau = 10-14m 1 atome d’hydrogène 1 cheveu = 10-5 m = 10-2 mm : il = 10-10 m (1Å) = 10faut 100 000 atomes 7 mm ; il faut 10 d’hydrogènes côtes à côtes pour millions d’atomes faire 1 cheveu. Les électrons assurent la neutralité électrique de l’atome et la masse de l’atome est concentrée dans le noyau.

côte-à-côte pour faire 1mm. Isotopes de l’hydrogène

Constitution de l’atome La paire Z et A caractérise un atome.

Z : Numéro atomique = nombre de protons = nombre d’électrons : c’est une caractéristique propre à chaque élément. A : Nombre de masse = nombre de protons et neutrons d’un atome. A – Z = nombre de neutrons

Unité de référence = carbone 12 (12C)

Applications des isotopes 1 u.m.a = 1/12 mc La mole : Nombre d’Avogadro (N = 6, 0221.1023) ou le nombre d’atomes de carbone dans 12g de 12C. 12 g = N.12.u.m.a. 1 u.m.a = 1/N = 1,66.10-27 kg

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La masse molaire atomique est la masse d’une mole d’atomes d’un élément. La masse atomique relative est : Ar = ∑(xi.mi) u.m.a.

Les modèles de l’atome “Modèle planétaire” Rutherford 1911 = Noyau chargé (+) et électrons chargés (-). L’électron devrait être attiré vers le noyau mais l’électron est en mouvement. Inconvénient : les électrons devraient perdre de l’énergie par rayonnement, ils devraient donc venir s’écraser sur le noyau. Or ce n’est pas le cas, donc l’atome de Rutherford ne peut exister.

Modèle ondulatoire et quantique (Modèle de Bohr – loi de Broglie – Schrödinger) Théorie quantique de Planck : La lumière possède une double nature à la fois ondulatoire (réflexion-réfraction-diffraction) et corpusculaire (effet photoélectrique). L’électron se comporte comme les photons lumineux. Nature ondulatoire : longueur d’onde = vitesse de la lumière/ fréquence.

Nature corpusculaire : la lumière est composée de particules appelées photons et transporte une énergie proportionnelle à sa fréquence.

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Modèle de l’atome de Bohr (1913)

Un modèle planétaire dans lequel les électrons sont sur un des orbites privilégiées (énergie stable). Chaque orbite correspond à un niveau déterminé d’énergie. Ce modèle permet de décrire les Théorie quantique de Planck : phénomènes spectroscopiques La lumière possède une double fondamentaux de nature à la fois ondulatoire l’hydrogène (réflexion-réfraction-diffraction) (absorption/émission de et corpusculaire (effet lumière), mais pas des photoélectrique). atomes lourds. L’électron se comporte comme Mécanique classique : permet d’expliquer le les photons lumineux. spectre de l’atome d’hydrogène.

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