Université Pierre et Marie Curie PCEM 1 CHU Saint-Antoine CHU Pitié-Salpêtrière Support de cours CHIMIE GENERALE CHAPITRE I - ATOMISTIQUE Professeur Antoine GEDEON Professeur Ariel de KOZAK Support mis à jour en septembre 2004 1 CHAPITRE I : ATOMISTIQUE 1.

Université Pierre et Marie Curie PCEM 1 CHU Saint-Antoine CHU Pitié-Salpêtrière Support de cours CHIMIE GENERALE CHAPITRE I - ATOMISTIQUE Professeur Antoine GEDEON Professeur Ariel de KOZAK Support mis à jour en septembre 2004 1 CHAPITRE I : ATOMISTIQUE 1. Structure de l'atome o Le noyau et les électrons o Les atomes sont constitués d'un noyau très dense entouré d'électrons (charge électrique négative). Le noyau est constitué de deux types de particules (protons et neutrons) appelées nucléons. Charge électrique Noyau Proton q = +1,602.10 - 19 C Neutron 0 Electron q = -1,602.10 -19C M asse mp = 1,6726.10 -27 kg = 1836 m e mn = 1,6749.10 -27 kg = 1839 m e me = 9,1094.10 -31 kg 2 A ZX Z : numéro atomique => nombre de protons A : nombre de masse => nombre de nucléons o Un nucléide est une espèce atomique symbolisée par : Il est défini par : A=Z+N D'où le nombre de neutrons : N = A - Z 12 6C nucléide o Un élément rassemble une espèce atomique ayant le même nombre de protons (même Z) . Exemples : Carbone 6C ; Hydrogène 1H o Isotopes d'un même élément sont des nucléides ayant le même numéro atomique Z mais des nombres de masse A différents exemple : 1 H hydrogène et 2 H (deutérium) 1 1 o Nombre d'Avogadro N : C'est le nombre d'atomes contenus dans 12,00 g de l'isotope 12 C du carbone 6 N = 6,022.1023 o Unité de masse atomique (u.m.a.) 1 12.10 -3 1 . = 1,6606.10-27 kg 1 u.m.a. = de la masse d'un atome 12 C = 6 3 12 N 12 o Masse atomique d'un élément : masse de cet élément en u.m.a. M=? ?iM i i ? ?i i ?1, ?2, ... ?n : % (abondance des différents isotopes de l'élément) M1, M2, ... Mn leurs masses atomiques respectives exemple : le chlore naturel contient 75% de l'isotope 35Cl et 25% de l'isotope 37Cl. La masse atomique moyenne est : M = (35 x 75) + (37 x 25) = 35, 5 u.m.a. 100 Une mole (symbole mol.) = ensemble de N (6,02.1023) entités identiques (particules, atomes, molécules). Masse molaire = masse d'une mole La masse molaire d'un nucléide exprimée en g = masse atomique exprimée en u.m.a. 14 7N Masse de 1 atome 14N : 14 u.m.a. Masse de 1 mole 14N ; c'est à dire la masse de 6,02 1023 atomes de 14N = 14 g Masse molaire = somme des masses atomiques des atomes qui constituent une molécule 4 M (H2O) = 1x2 + 16 = 18 2. Modèle de Bohr. Cas de l'atome H : 2.1. Objectif o Répartition des électrons autour d'un noyau o Détermination de l'énergie 2.2. Energie dans un état stationnaire donné o L'électron décrit une orbite circulaire centrée autour du noyau fixe. o L'électron est soumis à la force d'attraction coulombienne ?0 = 8,85 10-12 C2 N-1 m-2 (permittivité du vide) ; r = rayon de l'orbite F2 = m a = mv2/r o L'électron est aussi soumis à la force centrifuge F2 1 e 2 = mv2 4?? 0 r 2 r o A l'équilibre: Energie totale = v F1 r? +e (M) F2 - e (m) 0 1 e2 F1 = 4??0 r2 1 e 2 (1) r= 4??0 mv2 Energie potentielle + Energie cinétique o Energie potentielle: o Energie cinétique 1 e2 Ep = - 4??0 r ? ? 1 1 ? 1 e2 ? E c = mv 2 = ? 2 2 ? 4??0 r ? ? ? ? 1 ? 1 e2 ? o Energie totale E = - ? ? 2 ? 4??0 r ? ? ? 5 (2) 5 2.3. Hypothèses de Bohr : 1) L'électron ne peut se situer que sur certaines orbites bien précises ou permises de telle sorte que son énergie reste constante 2) Lorsque l'électron absorbe ou émet de l'énergie, il change d'orbite ou de niveau d'énergie ? Orbites permises ? orbites stationnaires ? 2 ? r = n ? ( n = 1,2, 3...) ? Louis de Broglie ? à toute particule en mouvement (de masse m et de vitesse v) on associe une radiation de longueur d'onde : On a alors : 2 ? r = nh nh ; soit v = mv 2?mr h ?= mv (3) En remplaçant v par sa valeur dans l'équation (1), on a : 2 2 ?0 h - le rayon des orbites : rn = n 2 ?me => r1 = 5,3.10-11 m = 0,53 Å 1 me4 1 1 - l'énergie correspondante (2) : E n = - 2 2 2 = - 2 .K = - 2 .13, 6 ( eV) n 8 ? 0h n n constante 6 2.4. Transitions entre niveaux électroniques D'après la seconde hypothèse de Bohr, le passage d'un e- d'une orbite définie par ni à une orbite définie par nf , se fait par un échange d'un quantum d'énergie: c ?E = h? = h ? ?: fréquence de la radiation. ? : longueur d'onde. c: célérité de la lumière = 3.108 m/s. h: cte de Planck: 6,626.10-34 J.s) E(eV) n=? 0 n=4 n=3 4 h? Emission -13,6 n=2 1 Absorption - 13,6. Etats excités n=1 Etat fondamental 7 1 me4 1 = -13, 6 2 (eV )&...