Chimie physique
Enseignement supérieur.

Sommaire et contenu du livre "Chimie physique - Enseignement supérieur."

Chapitre 1 : Généralités 1. Science et connaissance 1 2.Mesuredesgrandeurs ................................... 3 2J. Précision des mesures 4 2.2. Les unités de mesure 6 2.3. Le traitement des mesures 11 3. Le développement de la chimie 15 Questions.......................................... .. 18 Réponses 20 Chapitre 2 : La matière du macroscopique au microscopique 1. La notion de corps pur 21 1.1. L'observation et l'expérience , 21 1.2. Les deux types de corps purs 24 2. Discontinuité de la matière : atomes et molécules 25 2.1. Atomes et molécules 25 2.2. Symboles des éléments 29 3. De la molécule à la mole 31 3.1. Découverte de l'atome 31 3.2. Mole. Nombre d'Avogadro 35 4. Nomenclature des éléments. Formules 39 Questions ......................................... ' 41 Réponses 42 Chapitre 3 : Structure de l'atome 1. Le noyau atomique 44 1.1. Le proton 44 1.2. Le neutron 45 1.3. Description du noyau 47 1.4. Stabilité du noyau 48 a-Ledéfautdemasse .......................... .. 48 b-Population en nucléons 51 1.5. Etude de la radioactivité 55 a-Loi de désintégration radioactive 55 b-Désintégrations successives: équilibre radioactif 57 c-Applications de la radioactivité 60 d-Réactions nucléaires provoquées 62 e-Modèle du noyau 66 2. Les électrons de l'atome 68 2.1.Lespremiersmodèles ........................... .. 68 a-Modèle de Rutherford (1911) 69 b-L'atomedeBohr(1913) ....................... .. 70 2.2. Modèle de l'atome en mécanique ondulatoire 76 a-Dualité onde-corpuscule 76 b-Principe d'incertitude (Heisenberg, 1926) 79 c-L'équation de Schrôdinger 82 d-L'atome d'hydrogène et les ions hydrogénoïdes en mécanique ondulatoire 88 e-Généralisation aux autres atomes 96 f-Configuration électronique des atomes à l'état fondamental 100 Questions 104 Réponses 105 Chapitre 4 : Structure électronique et propriétés périodiques des éléments 1. Périodicité de la structure électronique 107 1.1. Les séquences de remplissage des couches et des sous-couches 107 1.2. Configurations électroniques des éléments 108 2. Etude de la classification périodique 112 2.1. Forme actuelle du tableau de classification périodique 112 a-Description du tableau 113 b-Caractéristiques des périodes 115 2.2. Représentations graphiques du tableau périodique 117 3. Périodicité des propriétés des éléments 121 3.1. Propriétés directement liées à la structure électronique 121 a-Rayons atomiques 121 b-Energie d'ionisation (E;) 122 c-Affinité électronique (Ea) ••••••••••••••••••••••• 123 d-Electronégativité 124 3.2. Autres manifestations de la périodicité 127 3.3. Insuffisances de la classification de la classification périodique 131 a-Positions de l'hydrogène et de l'hélium 131 b-Structure du tableau 131 c-Futures perspectives 132 Questions 134 Réponses 134 Chapitre 5 ~ Les liaisons chimiques 1. La liaison ionique 136 1.1. Origine de la liaison ionique 136 1.2. Structure des composés ioniques 137 1.3. Description des structures: maille 142 a-Chlorure de césium CsCI 143 b-Chlorure de sodium NaCI 143 c-Sulfure de zinc ZnS (blende) 144 1.4. Energie réticulaire 145 a-Calcul direct de l'énergie réticulaire 145 b-Calcul indirect de l'énergie réticulaire 147 2. La liaison covalente 149 2.1. Modèle de Lewis 149 a-Cas général : chaque atome contribue à la liaison 150 b-Cas particulier : liaison dative 152 c-Application pratique du modèle de Lewis 153 d-Insuffisances du modèle de Lewis 156 2.2. Modèle en mécanique ondulatoire 157 a-Etude de l'ion moléculaire Hz+ •••••••••••...••••• 157 b-Généralisation : molécules diatomiques de mêmes noyaux (ou homonucléaires) 163 c-Molécules diatomiques de noyaux différents (hétéronucléaires) 170 d-Molécules polyatomiques 174 Questions 188 Réponses 189 Chapitre 6 : Les différents états de la matière 1. Etude des gaz 191 1.1. Lois des gaz 192 a-Loi de Boyle-Mariotte 192 b-Loi de Charles 193 c-Loid'Avogadro ........................... .. 194 d-Loi des gaz parfaits 194 1.2. Théorie cinétique des gaz 195 a-Pression du gaz 195 b-Température . . . .. 196 c-Distribution des vitesses des molécules 197 d-Théorie cinétique et lois des gaz 198 1.3. Gaz réels 199 a-Equation de van der Waals 199 b-Libre parcours moyen 203 2. Les états liquides et solides 204 2.1. Liaisons intermoléculaires 204 a-Attraction dipôle-dipôle (Keesom, 1912) 204 b-Attraction dipôle instantané-dipôle induit 205 c-Attraction dipôle permanent-dipôle induit 206 2.2. L'état liquide 206 a-Modèle pour l'état liquide 206 b-Equilibre liquide-vapeur 207 c-Tension superficielle 209 d-Les cristaux liquides 211 2.3. L'état solide 212 a-Les 14 réseaux cristallins 213 b-La diffraction des rayons X 214 c-Les différents types de réseaux cristallins 216 d-Théoriedesbandes ......................... .. 221 2.4. Le changement d'état physique 222 a-Courbe d'analyse thermique 223 b-Diagrammes de phases 224 3. Les solutions 225 3.1. Les facteurs de solubilité 226 a-Influencedelastructure ...................... .. 226 b-Influence de la température et de la pression 227 3.2. Diagrammes de phases 229 a-Diagrammes liquide-solide 229 b-Diagrammes liquide-vapeur 230 c-Diagrammes liquide-liquide 234 3.3. Propriétés colligatives des solutions 236 a-Cryoscopie et ébullioscopie 236 b-Osmose 237 4. Les colloïdes 239 4.1. Propriétés générales des colloïdes 241 a-Détection de l'état colloïdal 241 b-Propriétés des particules dispersées 241 c-Coagulation de l'état colloïdal 242 4.2. Classification des colloïdes 243 a-Colloïdes lyophiles 243 b-Colloïdes lyophobes 243 c-Gels .................................. .. 244 Questions 245 Réponses 246 Chapitre 7 : Chaleur de réaction 1. Généralités 248 1.1. Notions de base 248 a-Système 248 b-Etat, fonction d'état, équation d'état 248 c-Transformation d'un système . . . .. 250 1.2. Principe zéro de la thermodynamique 252 1.3. Chaleur et travail 254 a-Notion de chaleur 254 b-Notions de travail 257 2. Le premier principe de la thermodynamique 259 2.1. Enoncé du premier principe 259 a-Equivalence travail-chaleur 259 b-Généralisation à une transformation non cyclique 260 c-Expression différentielle du premier principe 262 d-Notion d'enthalpie 263 2.2. Application du premier principe au gaz parfait . . . . . . . . . . . .. 263 a-Loi de Joule 264 b-Relation de Meyer 265 c-Détentes réversibles d'un gaz parfait 266 2.3. Application du premier principe aux chaleurs de réaction 270 a-Réactions à volume constant 270 b-Réactions à pression constante 271 c-Comparaison de Qp et Qv et exemples 271 d-Conclusions 272 3. Etude des enthalpies de réaction 273 3.1. Enthalpies de formation 273 a-Définitions 273 b-Représentation des enthalpies de formation 274 3.2. Enthalpie de liaison 274 a-Liaison covalente 274 b-Liaison ionique 276 c-Liaisons intermoléculaires 276 3.3. Détermination des enthalpies de réaction 277 a-Mesure des enthalpies de réaction 277 b-Détermination indirecte des chaleurs de réaction 279 3.4. Influence de la température sur l'enthalpie de réaction 283 Questions 285 Réponses 286 Chapitre 8 : Equilibres chimiques 1. Le second principe de la thermodynamique 287 1.1. Enoncé du second principe 287 a-Evolution spontanée d'un système 287 b-Intervention du milieu extérieur 288 1.2. La fonction entropie 290 a-Inégalité de Clausius 290 b-Notion d'entropie 292 c-Exemples de variation d'entropie 296 d-Entropie absolue 300 e-Entropie d'une réaction chimique 304 1.3. La fonction enthalpie libre 306 a-Evolution d'un système non isolé 306 b-Application aux réactions chimiques 307 c-Calcul d'enthalpies libres 309 d-Influence de la température sur l'enthalpie libre 310 2. Etude des équilibres chimiques 311 2.1. Généralités 311 a-Mise en évidence des équilibres chimiques 311 b-Description des équilibres chimiques 313 2.2. La constante d'équilibre 316 a-Enthalpie libre et état d'équilibre 316 b-Loi d'action de masse 318 c-Variation de la constante d'équilibre avec la température 321 2.3. Les facteurs d'équilibre 324 a-Principe de Le Chatelier (1888) 325 b-Variance d'un système en équilibre 328 2.4. Applications pratiques de systèmes en équilibre 332 a-Equilibres de dissociation en milieu homogène 332 b-Rendement maximal d'un équilibre 334 Questions 336 Réponses 338 Chapitre 9 : Acides, bases et sels 1. Généralités sur les solutions ioniques 339 1.1. Etude de la dissociation ionique 340 a-Mise en évidence d'ions en solution 340 b-Mécanismedeladissociationionique .............. .. 341 c-L'équilibre de dissociation 342 1.2. L'autoionisation de l'eau: le pH 345 a-Le produit ionique de l'eau . 345 b-Le pH d'une solution aqueuse . 346 2. Définition et force des acides et des bases 348 2.1. Définition des acides et des bases 348 a-Définition générale: Bronsted et Lowry (1923) 349 b-Applications de la définition de Bronsted et Lowry 350 2.2. Force des acides et des bases 352 a-Acides et bases forts 352 b-Acides et bases faibles 353 c-Forces relatives des acides et des bases 355 d-Origine de la force des acides et des bases 356 e-Influence de la température sur la dissociation 358 3. Le pH des acides et des bases 358 3.1. Acides et bases forts 358 3.2. Acides et bases faibles 359 a-Calculclassique ........................... .. 359 b-Calcul rigoureux du pH 360 3.3. Indicateurs colorés 362 a-Définition et propriétés des indicateurs colorés 362 b-Exemples d'indicateurs colorés 364 4.Mélangesacide-basesensolutionaqueuse ................... .. 365 4.1. Mélange acide fort-base forte 366 4.2. Mélange acide faible-base forte 369 a-CbVb < caVa ....••.••.....•.•..••...•.•... 369 b-CbVb = caVa: équivalence 370 c-CbVb > caVa .....••.••.........•........•. 371 d-Courbe de neutralisation d'un acide faible par une base forte 371 4.3. Mélange acide fort-base faible 374 a-caVa < CbVb •....•.•.........•.•.•....... 374 b-CaVa = CbVb ............••..•....•.•...... 374 c-CaVa > CbVb •.•....•.••.....•..•.•...•.•.. 374 d-Courbe de neutralisation 375 4.4. Mélange acide faible-base faible 376 4.5.Polyacidesetpolybases ......................... .. 379 5. Les sels en solution 380 5.1. Définition et exemples 380 5.2. Etude des sels solubles 382 a-Sel d'acide fort et de base forte 383 b-Sel BH+A d'acide fort HA et de base faible B 383 c-Sel M+ A de base forte OH et d'acide faible HA 383 d-Sel BH+ A d'acide faible HA et de base faible B . . . . . . . .. 384 e-Conclusions 384 5.3. Etude des sels peu solubles 385 a-Produit de solubilité et solubilité 385 b-Déplacement de l'équilibre de solubilité 387 Questions 390 Réponses 391 Chapitre 10 : Oxydo-réduction 1. Notions de base 393 1.1. Définitions 393 a-A partir des éléments 393 b-A partir des charges des ions 394 c-Nombre d'oxydation 395 1.2. Applications du nombre d'oxydation 398 a-Oxydants et réducteurs 398 b-Détermination des coefficients d'une équation de réaction 398 2. Electrochimie 401 2.1. Potentiel d'électrode 401 a-Mise en évidence des phénomènes électriques dans l'oxydo-réduction 401 b-Equation de Nernst 402 c-Echelle des potentiels d'électrodes 403 2.2. Applications 406 a-Prévision des réactions 406 b-Comparaison des pouvoirs oxydants (ouréducteurs)dessystèmes ................... .. 406 c-Dosages d'oxydo-réduction : potentiométrie 407 d-Piles électrochimiques 409 2.3. Oxydo-réduction et pH 411 a-PrincipedupHmètre ........ 411 b-Diagrammes potentiel-pH 412 2.4. Remarques importantes 414 Questions 415 Réponses 416 Chapitre Il : Vitesse de réaction 1. Introduction 417 1.1. Notion de vitesse de réaction 417 a-Observations expérimentales 417 b-Définition de la vitesse de réaction 418 1.2. Mécanismes de réactions 419 2. Etude des réactions élémentaires 421 2.1. Molécularité et loi de vitesse 421 a-Réactions monomoléculaires 421 b-Réactions bimoléculaires 421 c-Réactions trimoléculaires 422 d-Exemple d'interprétation des mécanismes 422 2.2. Etude des facteurs de vitesse 423 a-Structure des molécules 424 b-Energie des molécules 425 2.3. Etude de l'activation 426 a-Loi d'Arrhénius 426 b-Thermodynamique de l'activation 426 2.4. Catalyse 428 a-Catalyse homogène . . . .. 429 b-Catalyse hétérogène 433 3. Réactions complexes 434 3.1. Réactions d'ordre 1 435 3.2. Réactions d'ordre 2 436 3.3. Généralisation aux réactions d'ordre quelconque n différent de 1 .. 437 3.4. Réactions concomittantes 438 3.5. Interprétation des lois de vitesse 439 4. Détermination de l'ordre 441 4.1. Ordre simple 442 4.2. Ordre quelconque 442 Questions 445 Réponses 446 Index 447