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Structure de la matière

Élisabeth Bardez

Professeur des Universités honoraireau Conservatoire National des Arts et Métiers (Paris) 3 e

édition

Cours + Exos

9782100780938-Lim.fm Page I Mardi, 24. avril 2018 12:25 12

© Dunod, 2007, 2014, 2018

11, rue Paul Bert, 92240 Malakoff

www.dunod.com

ISBN 978-2-10-078093-8

9782100780938-Lim.fm Page II Mardi, 24. avril 2018 12:25 12

1 1.1

Incidence des interactions intermolŽculaires

et de lÕorganisation molŽculaire sur les propriŽtŽs macroscopiques dÕune phase 2 1.2 Corps purs et changements de phase des corps purs 5 Changements de phase (ou changements dÕŽtat) des corps purs 5 1.3

MŽlanges 10

EncadrŽ 1

. Tensioactifs, stabilisation 13

Points clefs

14

Exercices

15

Solutions

17 2 2.1

Existence et constitution des atomes 22

Existence des atomes 22

Constitution des atomes et des ions 23

2.2

Atome, chimie et Žlectrons 25

ConÞguration Žlectronique 46

EncadrŽ 2.

Une histoire de photons et dÕŽlectrons : le LASER 51

9782100780938-livreTDM.fm Page III Mardi, 24. avril 2018 12:28 12

IV

Chimie générale

Points clefs

53

Exercices

54

Solutions

59
3 3.1

Les ŽlŽments et leurs symboles 70

Abondance des ŽlŽments 72

3.2 La classiÞcation pŽriodique des ŽlŽments 73

ClassiÞcation et pŽriodicitŽ 73

Blocs, groupes et familles chimiques 73

EncadrŽ 3.

La Classification périodique des éléments : science, imagination, art et même... marketing 78
3.3 pŽriodique 80

Dimensions des atomes 80

3.4

Tendances de rŽactivitŽ chimique 86

Tendance ˆ lÕionisation 87

Points clefs

88

Exercices

90

Solutions

93
4 Noyau atomique, radioactivitŽ, masse et Žnergie 99 4.1 Noyau atomique, radioactivitŽ et Žnergie nuclŽaire 100 ReprŽsentation du noyau et dŽÞnitions 100 ReprŽsentation des particules ŽlŽmentaires 101

RadioactivitŽ 102

Radio-isotopes : traceurs et sources radioactives 109

EncadrŽ 4.

Carbone 14 et datation

110

EncadrŽ 5.

Le Soleil, une énergie libérée par la fusion 115

9782100780938-livreTDM.fm Page IV Mardi, 24. avril 2018 12:28 12

V 4.2

Masse atomique 115

Masse dÕun atome : masse de son noyau

ou masse de ses nuclŽons ? 115 Masse atomique et unitŽ de masse atomique (u) 116 4.3 Mole, masse molaire et quantité de matière 117

La mole : un changement dÕŽchelle 117

Masse molaire 118

Points clefs

120

Exercices

121

Solutions

124
5

La liaison covalente et ses modèles 131

5.1

Vue d'ensemble des liaisons interatomiques 132

5.2

Formation de la liaison covalente 133

Origine de la liaison covalente 133

Liaisons covalentes simples et multiples Ð Valence 134 5.3

Modèle de Lewis 136

RŽpartition des liaisons covalentes autour dÕun atome 136 5.4 Orbitales moléculaires de molécules diatomiques 140 Des orbitales atomiques aux orbitales molŽculaires 140

Orbitales molŽculaires liantes et antiliantes.

2 140

MolŽcules homonuclŽaires A

2 formŽes par le ßuor,

MolŽcules hŽtŽronuclŽaires AB 152

Points clefs

155

Exercices

156

Solutions

158
6 Liaison covalente et géométrie des molécules 167 6.1

Données structurales 167

GŽomŽtries de H

2 O, NH 3 , CH 4 , BF 3 et BeH 2 168

GŽomŽtries de C

2 H 6 , C 2 H 4 et C 2 H 2 169

9782100780938-livreTDM.fm Page V Mardi, 24. avril 2018 12:28 12

VI

Chimie générale

6.2 ThŽorie de la liaison de valence et hybridation des orbitales at omiques 169

Localisation de la liaison covalente 169

Hybridation des orbitales atomiques 170

6.3

MŽthode VSEPR 178

Principe de la mŽthode VSEPR 178

Formes des molŽcules 179

EncadrŽ 6.

Linus Carl Pauling : chimiste exceptionnel,

homme engagé, personnalité atypique. 184

Points clefs

185

Exercices

186

Solutions

188
7 vibrations, mŽsomŽrie 195 7.1

Enthalpie de liaison 196

DŽÞnitions 196

Comment varie lÕenthalpie de liaison ? 197

Enthalpie de rŽaction 197

7.2

Longueur de liaison 198

DŽÞnition et mesures 198

Longueur de liaison et enthalpie de liaison 198

7.3

Moment dipolaire 198

Moment dipolaire permanent 198

Moments dipolaires en phase condensŽe 201

7.4

Vibrations molŽculaires 202

Absorption dans lÕinfrarouge 202

pour une molŽcule diatomique 202 QuantiÞcation de lÕŽnergie et Žnergie de point zŽro 204 Vibrations dans les molŽcules polyatomiques 206 7.5

MŽsomŽrie (ou rŽsonance) 206

GŽomŽtrie de HNO

3 et NO 3Ð 206
DŽlocalisation des Žlectrons p et mŽsomŽrie 207

Stabilisation par rŽsonance 208

MolŽcules polyatomiques conjuguŽes 210

9782100780938-livreTDM.fm Page VI Mardi, 24. avril 2018 12:28 12

VII

Encadré 7.

LÕar

t de la conjugaison : de la couleur aux carotŽno•des 214

Points clefs

215

Exercices

216

Solutions

220
8 Interactions non covalentes : ionique, de Van der Waals et liaison hydrogène 227 8.1

Interactions ion-ion et ion-dipôle 228

Interaction ion-ion 228

Interaction ion-dip™le 230

8.2

Interactions de Van der Waals 232

Interaction dip™le-dip™le 232

Interaction dip™le-dip™le induit 234

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