TPE SUR LA CHIMIE INORGANIQUE

« production, le stockage et le transport de l'hydrogène posent encore de grandes questions technologiques.

IBJMWiii Pour le chimiste, un métal est un élément susceptible de perdre un ou plusieurs de ses électrons.

Il forme alors un ion positif (cation).

Le fer, par exemple, peut ainsi se transformer en ion fer Il (Fe'•).

Dans les conditions dites normales de température et de pression, les métaux usuels sont solides.

Le mercure de nos thermomètres fait exception.

Il est en effet liquide dans ces conditions.

D'autres métaux peuvent être mous (sodium, potassium) ou friables (calcium).

Les métaux sont répartis en quatre grands groupes : les métaux légers (lithium, béryllium, etc.), les métaux fragiles (titane, chrome , etc.), les métaux ductiles (nickel, cuivre, etc.) et les métaux à bas point de fusion (aluminium, zinc, etc.).

Dans le tableau périodiques, on les retrouve dans plusieurs familles (alcalins, alcaline­ terreux , métaux de transition et métaux pauvres).

Les métalloïdes présentent quant eux des propriétés physico­ chimiques à mi-chemin entre celles des métaux et celles des non-métaux.

Ils sont par exemple semi-conducteurs plutôt que conducteurs.

Les métaux sont généralement des solides cristallins.

Ils sont malléables et ductiles .

En d'autres termes, il est possible de les déformer sans les rompre .

Ils conduisent aussi bien la chaleur que l'électricité.

Le plus souvent, les métaux se trouvent dans la nature sous forme d'oxy des dans des minerais.

Ainsi l'aluminium se cache-t-il dans la bauxite.

Le fer quant à lui se trouve sous différentes formes , l'oxyde ou hématite et le sulfure ou pyrite étant les plus connues.

Les métaux précieux comme l'or et le platine se trouvent à l'état non-oxydé ou natif.

D'autres métaux natifs peuvent également nous provenir de météorites.

Les mélanges de métaux forment ce que l'on appelle des alliages (bronze, laiton, etc.).

Forts de leur important pouvoir d'accumulation, de nombreux métaux sont polluants et toxiques.

Et tout particulièrement les plus lourds d'entre eux parmi lesquels le plomb et le mercure.

Ce dernier se retrouve dans les amalgames qui constituent les « plombages » de nos dents .

Au Danemark, la pratique de l'incinération des morts est tellement répandue qu'elle est devenue la principale source de pollution au mercure ! ij!Ji!.lil,l,lâl.\I Contrairement aux métaux , les éléments regroupés sous la bannière des non-métaux ont tendance à capturer un ou plusieurs électrons pour former ensuite des ions négatifs (anions).

Parmi eux l'oxygène, l'azo te, le fluor , le chlore, le soufre, le phosphore, etc.

Ils conduisent mal l'électricité et la chaleur .

Ils ne sont ni malléables , ni ductiles.

t:azote ou plus précisément le diazote (N,) est l'élément majoritaire de l'atmosphère terrestre.

Lavoisier, ayant remarqué son effet négatif sur la vie des animaux, lui choisit ce nom en se référant au mot grec signifiant « privé de vie ».

t:azote se désigne aussi par nitrogène , du grec signifiant formateur de salpêtre (nitrate de potassium ) d'où également son symbole chimique N.

t:azote est employé dans les musées afin de protéger les œuvres sensibles d'invasions parasitaires .

Les composés azotés sont de leur côté largement utilisés comme engrais.

Parmi les non-métaux remarquables , on trouve aussi les halogènes, regroupés dans l'avant dernière colonne de la classification périodique des éléments.

Il s'agit notamment du fluor, du chlore, du brome et de l'iode.

Ils tirent leur dénomination du grec signifiant « créateur de sel » et sont connus du grand public pour leur utilisation dans les lampes à halogène .

Ils présentent en effet la propriété de réagir avec le tungstène du filament de la lampe , le régénérant et empêchant son dépôt sur les parois de verre.

Certains halogènes comme le chlore servent aussi de désinfectants (eau de javel ) ou de blanchisseurs .

Le premier des gaz rares , encore appelés gaz nobles , est découvert en 1868 par l'astronome français Jules Janssen.

t:observation ayant été réalisée dans la couronne solaire lors d'une éclipse, il baptise ce gaz nouveau l'hélium .

Le premier gaz rare à être décelé sur Terre l'est en 1894.

Il s'agit de l'argon .

Les gaz rares forment une famille d'éléments toute particulière .

Ils sont en effet chimiquement inertes .

C'est-à-dire que, présentant une grande stabilité, ils ne réagissent qu'extrêmement peu avec leur environnement.

Extrêmement peu car dans les années 60, les chimistes sont malgré tout parvenus à en incorporer dans des composés stables comme le tétrafluorure de xénon.

Parmi les principales utilisations des gaz rares, on compte l'éc/oiroge .

Ainsi, le néon sert à remplir certaines ampoules électriques.

Le xénon, de son côté, est employé en médecine, comme anesthésiant et comme produit de contraste en imagerie par résonance magnétique.

Du côté des usages plus amusants, on peut noter l 'inhalation d'hélium.

Moins dense que l'air, ce gaz a pour effet de faire vibrer plus rapidement les cordes vocales transformant la voix en voix de dessin­ animé ! Inoffensive à faible dose , l 'inhalation d 'hélium en plus grande quantité peut toutefois provoquer une asphyxie, une embolie cérébrale ou encore des problèmes pulmonaires sérieux.

ijU,\jji!Jflltl Les minéraux sont des substances principalement inorganiques .

Ils sont caractérisés par les agencements périodique s et symétriques dits cristallins des atomes qui les composent.

Dans les conditions normales de température et de pression, les minéraux s'associe nt pour former les roches de la croûte terrestre.

Les scientifiques les trouvent ainsi principalement dans les mines et les carrières.

Mais, ils en trouvent aussi au cœur des météorites qui tombent sur Terre .

Les chercheurs produisent également des combinaisons théoriques de minéraux composites en laboratoires .

La particularité d'un minéral est que sa formule chimique peut varier.

Dans l'olivine par exemple, des atomes de fer peuvent être remplacés par des atomes de magnésium sans que les propriétés physiques et chimiques ne s'en trouvent réellement affectées.

Ainsi , si certains minéraux, comme l'orou le cuivre, se confondent avec des éléments chimiques, la plupart sont des composés.

À ce jour , les scientifiques connaissent 4 000 minéraux classés selon des critères chimiques et cristallographiques.

Parmi eux, les sulfures, les oxydes, les nitrates, les silicates, etc.

UNE CHIMIE DESCRIPTIVE t:une des branches de la chimie inorganique est spécifiquement chargée de décrire les propri étés des éléments et de leurs composés.

Ainsi, la chimie de coordination étudie la formation , la structure et la réactivité de composés nommée complexes.

Un complexe est un édifice chimique constitué d 'un cation central métallique entouré de plusieurs molécules ou ions que les chimistes nomment ligands .

En effet, en délocalisant une partie de leurs électrons sur le cation central, ces molécules ou ions forment avec lui des liaisons chimiques.

Les ligands les plus répandus sont l'eau, l'ammoniac (NH3) ou des anions comme les chlorures (Cl-), les hydroxyde s (OH"), etc.

UNE CHIMIE THÉORIQUE En proposant quelques précisions au modèle atomique admis jusque là, Niels Bohr, physicien danois du début du XX' siècle, permet le développement de la chimie théorique.

Selon lui, l'atome est bien constitué d 'un noyau central autour duquel orbitent les électrons mais ces derniers se trouvent sur des orbites bien définies qu'ils ne peuvent quitter qu'en absorbant ou en émettant de l'énergie.

Appliquée à la chimie inorganique, cette nouvelle vision de l'organisation de la matière entraîne le développement de théories qualitatives expliquant et prévoyant les structures de bien des composés.

La théorie des groupes introduit quant à elle la notion de symétrie dans les molécules.

LES RÉACTIONS DE LA CHIMIE INORGANIQUE Autre branche de la chimie inorganique, celle qui étudie les proce ssus réactionnels .

Elle s'intéresse entre autres aux réactions d'oxydoréduction.

Des réactions qui consistent en un transfert d'électrons d'un composé nommé réducteur à un autre nommé oxydant.

Les principaux réducteurs sont les métaux des deux premières colonnes du tableau périodique des éléments.

Les principaux oxydants se trouvent dans la partie droite de la classification.

LES MÉTHODES D'ANALYSE Du fait qu'elle étudie des éléments très variés aux propriétés tout aussi variées, la chimie inorganique emploie de nombreuses méthodes d'ana lyse différentes .

Parmi les propriétés examinées par des méthodes classiques de la chimie, on peut citer la conductivité électrique, la solubilité ou encore l'acidité.

Ces dernières décennies , de nouvelles méthode s ont fait leur apparition.

Elles permettent notamment d'enquêter sur les propriétés électroniques des molécules inorganiques.

Les méthodes les plus couramment utilisées par les chimistes sont aujourd'hui la cristallographie par rayons X, la spectroscopie, l'électrochimie , etc.

La plupart des composés inorganiques sont synthétisés par l'industrie ou dans des laboratoires .

Les composés solubles sont produits par les mêmes méthodes que celle s de la chimie organique.

Les composés métalliques , très réactifs à l'air, sont quant à eux synthétisés dans des boîtes à gants permettant de travailler dans une atmosphère inerte .

Autre option, la ligne de Schlenk qui permet elle aussi de manipuler des composés sensibles à l'oxygè ne notamment.

LES MATÉRIAUX DE LA CHIMIE ORGANIQUE La chimie inorganique est une importante source d'application s industrielles.

Le premier composé inorganique synthétisé par l'homme est le nitrate d'ammonium , utilisé essentiellement comme engrais.

Mélangé à des hydrocarbures , molécules organiques, il peut aussi servir d'explosif.

Il est notamment responsable de l'explosion accidentelle de l 'usine AZF près de Toulouse en septembre 2001.

Outre la production de composés dest inés à diverses utilisations comme l'hydrogène , le chlore, l'azote , etc., la chimie inorganique est à la base de la synthèse de nombreux matériaux parmi lesquels les céramiques et les verres.

Les objets en céramiques ont pour propriété d'être durs et résistants.

À des températures extrêmement basse s, certaines céramiques deviennent même supraconductrices.

Leur résistance au passage d 'un courant électrique est alor s nulle .

Par contre, les céramiques ont en général une conductivité thermique faible ce qui en fait de bon nes matières premières pour la confection de boucliers thermiques dans l'aviation .

Les verres de leur côté sont des matériaux durs mais fragiles .

La plupart du temps, le verre est constitué d'oxyde de silicium (SiO,) .

Réagissant très peu avec les produits agroalimentaires, il est le matériau quasi idéal des contenants comme les bouteilles, les pots de yaourt, etc.

Les déchets nucléaires de haute activité sont aussi confinés dans du verre.

Autr es domaines d'application de la chimie inorganique :la fabrication de gaz comprimés , de pigments, de colorants ou d'engrais.

Malgré ces nombreux débouchés , depuis quelques années, l'activité de l'industrie de la chimie minérale cannait un ralentissement.

Les secteurs les plus touchés sont ceux des colorants, des pigments et des engrais.

Mais, la production de gaz industriels est aussi en légère baisse.

UNE CHIMIE MULTICOLORE Pendant de nombreuses années, la chimie est noire .

De grandes cheminées crachant d'épaisses fumées sombres jailli ssent alors fièrement des paysages industriels .

Aujourd'hui, les seuls rejets tolé rés sont ceux de vopeur d'eou .

De noire, la chimie est devenue blanche.

Mais, elle peut aussi se faire rouge lorsqu'il lui arrive de tuer.

Pourtant , si la réputation de la chimie est des plus mauvaises, les chiffres montrent qu'elle est de nos jours l'une des branches de l'industrie les plus sûres.

Depuis quelques années, la chimie se fait également de plus en plus verte lorsqu 'elle emploie des réactifs non­ toxiques ou encore lorsqu 'elle économise son énergie et les produits qu'elle utilise.

Avec l'adoption en décembre 2006 par le Parlement européen de la réglementation Reach , la chimie dite verte semble avoir réellement pris son essor.

Grâce à elle, tous les producteurs et utilisateurs seront désormais notamment parfaitement informés du niveau de toxicité éventuel des produits.

Enfin, la chimie peut être rose quand elle guérit.

De l'aspirine aux anticancéreux , la chimie pharmaceutique a pour vocation de soigner.

Mais attention à ce que le rose de l'un ne devienne pas le rouge de l'autre!. »