TOUT LE PROGRAMME EN UN SEUL VOLUME CHIMIE PCSI 1ANNÉE Tous droits de traduction, de reproduction et d'adaptation réservés pour tous pays
TOUT-EN UN Chimie tout-en-un PCSI BRUNO FOSSET JEAN-BERNARD BAUDIN L'avènement de la chimie quantique : contexte historique 81 2
On appelle phase une forme de la matière qui est uniforme en tout point par sa composition chimique et par son état physique Définition Nous parlerons donc
3 Programme de chimie de la voie PCSI-PSI Approche théorique 23 La construction complète de tout autre diagramme potentiel-pH ne peut être exigée
Il est conçu pour amener progressivement tous les étudiants au niveau requis non seulement pour poursuivre avec succès un cursus d'ingénieur, de chercheur , d'
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CHIMIE PCSI, J Appenzeller, J -L Dormieux, A Morland C Vilain CHIMIE MPSI-PTSI classe prépa 17 II Tout ce qu'il faut savoir pour réussir – Physique
Chapitre 32 Quelques aspects de la mécanique terrestre (PCSI) 759 1 Interaction Une fois la recherche effectuée, cliquez sur l'ouvrage « Physique tout-en-un Atterrissage en catastrophe d'un avion, d'après Agrégation de Chimie 2006
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TOUT-EN UN
Chimie
tout-en-un PCSI
BRUNO FOSSET
JEAN-BERNARD BAUDIN
FRÉDÉRIC LAHITÈTE
4 E
ÉDITION
© Dunod, 2013, 2015, 2016
11 rue Paul Bert, 92240 Malakoff
www.dunod.com ISBN 978-2-10-074920-1Conception et création de couverture : Atelier 3+
Table des matières
1 Transformation de la matière 1
1 Lesétatsdelamatière.............................. 1
1.1 Étatsd"agrégationdelamatière,notiondephase ........... 1
1.2 Distinctionmicroscopiqueentreétatsd"agrégation .......... 2
1.3 Propriétésdesgaz ........................... 3
1.4 L"étatliquide.............................. 7
1.5 Étatssolides .............................. 11
2 Lestransformationsdelamatière........................ 13
2.1 Transformation physique. Diagramme d"état (p,T) .......... 13
2.2 Transformationsnucléaires....................... 18
2.3 Transformationschimiques....................... 22
2.4 Description d"un système physico-chimique .............. 29
3 Étudedelatransformationchimique...................... 33
3.1 Équilibre chimique, constante d"équilibre . .............. 33
3.2 Évolution d"un système vers l"équilibre chimique . . . . ....... 37
3.3 Calcul des activités à l"équilibre . . .................. 42
3.4 Cas des équilibres physiques, coefficient de partage . . . ....... 44
3.5 Casdessystèmeshétérogènes ..................... 46
Synthèse..................................... 48 Activité documentaire : utilisation des fluides supercritiques . . ....... 49
Exercices .................................... 55
Corrigés..................................... 64
2 Classification périodique des éléments 75
1 Structuredel"atome............................... 75
1.1 Protons,neutronsetélectrons ..................... 75
1.2 Existenced"isotopes,masseatomique................. 79
1.3 Taille d"un atome ou d"un ion..................... 81
1.4 L"avènementdelachimiequantique:contextehistorique....... 81
2 Quantificationdel"énergie ........................... 82
2.1 Structure ondulatoire/corpusculairede la lumière . . . . ....... 82
2.2 Énergie électronique, transition entre états . .............. 83
i
TABLE DES MATIÈRES
2.3 États d"énergie de l"atome d"hydrogèneet des ions hydrogénoïdes . . 87
2.4 Autresgrandeursénergétiquesquantifiées............... 92
3 Nombresquantiques,notiond"orbitaleatomique................ 95
3.1 Nombres quantiquesn,
?,m...................... 95
3.2 Notiond"orbitaleatomique;dégénérescence ............. 96
4 Atomepolyélectronique............................. 97
4.1 Lespindel"électron .......................... 97
4.2 Configurationélectroniquedesatomesetdesions........... 99
5 Classificationpériodiquedeséléments.....................107
5.1 Genèsedutableaupériodique .....................107
5.2 Aspectgénéraldelaclassificationpériodique.............108
5.3 Métaux et non-métaux, métalloïdes . . ................111
5.4 Configurationélectroniqueetclassificationpériodique ........111
6 Évolutiondequelquespropriétésatomiques..................117
6.1 L"atomepolyélectronique,numéroatomiqueeffectif .........117
6.2 Énergied"ionisationetaffinitéélectronique..............119
6.3 Notion d"électronégativité
χ......................122
6.4 Rayonatomique,rayonionique ....................125
7 Étude de quelques familles de la classification . ................126
7.1 Les éléments du blocs.........................126
7.2 Les éléments du blocp.........................127
7.3 Les éléments du blocd.........................128
8 Miseenuvreexpérimentale..........................129
8.1 Combustion de quelques corps simples dans le dioxygène . .....129
8.2 Propriétésréductricesdesalcalinsetdesalcalino-terreux.......130
8.3 Propriétéschimiquesdesdihalogènesetdeshalogénures.......131
Activité documentaire : les radionucléides...................135
Exercices ....................................142
3ModèledeL
EWISdes molécules et des ions 157
1 Associationd"atomes:moléculesetions....................157
1.1 Stabilité des structures polyatomiques; énergie de liaison . . .....157
1.2 Géométriedesmoléculesetdesions..................158
2 Modèle de L
2.1 Introduction : les modèles de la liaison chimique...........159
2.2 Électrons de valence des atomes des blocssetp............160
2.3 Octet des composés monoatomiquesstables . . ............160
2.4 Partage des électrons de valence; symbolisme de L
EWIS.......161
2.5 Règledel"octet.............................161
2.6 Symboles de L
EWIS..........................161
2.7 Nombretotald"électronsetdepairesdevalence ...........162
ii
TABLE DES MATIÈRES
2.8 Représentation de LEWISdesmoléculessimples ...........163
2.9 Liaisons multiples . . . . . ......................163
2.10 Composésdéficientsenélectrons ...................165
2.11 Chargesformelles ...........................165
2.12 Composésprésentantdesélectronscélibataires ............169
2.13 Dépassement de la règle de l"octet; hypervalence . . . . .......170
2.14 Molécules possédant des atomes du blocd..............172
2.15 Représentations de L
EWISet réactivité chimique . . . . .......173
3 Mésomérie ...................................174
3.1 Plusieurs représentations de L
EWISpossibles.............174
3.2 Délocalisationdesélectrons ......................174
3.3 Formesmésomèresetstructureélectronique..............175
3.4 Symboledemouvementélectronique .................175
3.5 Systèmes conjugués usuels en chimie organique . . . . . .......178
3.6 Symbole de mouvement monoélectronique ..............179
3.7 Système conjugué et longueur de liaison . . ..............180
4 Prévisiondelagéométriedesmoléculesetdesions..............181
4.1 Principe de la méthode VSEPR . . ..................181
4.2 Polyèdredecoordination........................181
4.3 Nomenclature de G
4.4 Intensitérelativedelarépulsion....................185
4.5 Conséquences sur les propriétés physiques ..............187
4.6 Les limites de la méthode . ......................188
5 Polaritédesmolécules .............................188
5.1 Notiondemomentdipolaireélectrostatique..............188
5.2 Momentdipolaired"unedistributiondecharge ............189
5.3 Momentdipolairedesmoléculesdiatomiques.............189
5.4 Moléculespolyatomiques .......................190
5.5 Influencedelagéométriesurlemomentdipolaire...........190
Activité documentaire : composés solvatochromes etpush-pull........192
Exercices ....................................195
4 Cinétique chimique 211
1 Concepts fondamentaux de la cinétique chimique . ..............211
1.1 Systèmeconsidéré ...........................211
1.2 Vitesse de formation d"un produit,de disparition d"un réactif . . . . . 212
1.3 Vitessederéaction...........................213
1.4 Équationempiriquedevitesse,notiond"ordre.............214
1.5 Typesderéactionschimiques .....................216
2 Méthodes expérimentales............................217
2.1 Méthodes physiques et chimiques en cinétique . . . . . .......218
2.2 Exemples de méthodes physiques . ..................220
iii
TABLE DES MATIÈRES
3 Analysedesrésultatsexpérimentaux......................222
3.1 Méthode différentielle . . . . . ....................223
3.2 Méthode des vitesses initiales . ....................225
3.3 Méthode d"intégration . . . . . ....................225
3.4 Tempsdedemi-réaction ........................230
3.5 Analyse des données..........................233
4 Cinétique en réacteur ouvert..........................235
4.1 Les réacteurs chimiques . . . . ....................235
4.2 Grandeursd"écoulement........................236
4.3 Réacteur agité continu (RAC) . ....................237
4.4 Association de réacteurs . . . . ....................239
5 Influencedelatempératuresurlavitesse....................240
5.1 Résultatsexpérimentaux........................240
5.2 Équation d"A
RRHÉNIUS........................241
5.3 Autresfacteursinfluençantlavitessedesréactions ..........245
Exercices ....................................248
5 Mécanismes réactionnels 273
1 Acteélémentaire,molécularité.........................273
1.1 Acteélémentairechimique.......................273
1.2 Molécularité ..............................275
2 Théoriesdelaréactionchimique........................275
2.1 Théorie des collisions . . . . . ....................276
2.2 De la théorie des collisions à la théorie du complexe activé . .....278
2.3 Position du problème..........................279
2.4 Surfaces d"énergie potentielle . ....................279
2.5 Casdessystèmescomplexes......................287
3 Actechimiqueélémentaireetréactionchimique................288
3.1 Aspect dynamique de l"acte élémentaire ................288
3.2 Signification de l"équation d"A
RRHÉNIUS...............289
3.3 Observation d"espèces transitoires...................290
3.4 Réactions photochimiques . . . ....................291
4 Réactionscomplexes ..............................292
4.1 Typesderéactionscomplexes .....................292
4.2 Réactionsenséquenceouverte.....................294
4.3 Réactionsenséquencefermée.....................296
4.4 Intermédiaires réactionnels . . . ....................297
4.5 Mécanisme réactionnel et diagrammes d"énergie potentielle .....300
5 Loiscinétiquesdessystèmescomplexes....................302
5.1 Méthode d"établissement des lois cinétiques . . ............302
5.2 Analyse cinétique du systèmeA→B→C..............303
5.3 Approximation des états quasi stationnaires . . ............306
iv
TABLE DES MATIÈRES
5.4 Étapecinétiquementdéterminante...................311
5.5 Postulat de H
AMMOND.........................315
6 Réactionsenchaîne...............................319
6.1 Réactionsenchaînelinéaire ......................319
6.2 Analysecinétiqued"uneréactionenchaîne ..............321
6.3 Réactionenchaîneramifiée ......................322
7 Lacatalyse ...................................323
7.1 Miseenévidenceduphénomènedelacatalyse ............323
7.2 Caractéristiquesdelacatalyse.....................325
Exercices ....................................333
6 Forces intermoléculaires 367
1 Existencedeforcesintermoléculaires .....................367
1.1 Lanécessairemodélisationdessystèmesétudiés ...........367
1.2 Interactionsengageantunion .....................368
1.3 Interactionsentreunionetundipôlemobile..............369
1.4 Interactionsentremoléculespolaires..................369
1.5 Interactionsentremoléculespolairesetnonpolaires .........370
1.6 Interactiondedispersion........................372
1.7 Interactiond"attractiontotale,interactionderépulsion ........372
1.8 Existence de la liaison hydrogène . ..................374
1.9 Effetsdesdifférentesinteractionsintermoléculaires..........375
2 Caractéristiquesdessolvants,dissolution....................381
2.1 Caractéristiquesd"unsolvant......................381
2.2 Dissolutiond"uncomposé,solvatation.................384
2.3 Solubilité d"un constituant, miscibilité entre deux solvants......387
2.4 Propriétés de conduction électrique dans un solvant . . . .......388
2.5 Choixd"unsolvant,chimieverte....................392
3 Utilisations des solvants (extraction, purification) . ..............393
3.1 Extractionliquide-liquide .......................393
3.2 Recristallisation............................396
3.3 Chromatographiesurcouchemince(CCM)..............397
3.4 Catalysepartransfertdephase(CTP) .................398
Activité documentaire : effluents industriels ..................403
Exercices ....................................410
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[PDF] Tout-en-un Chimie PCSI - 1ère année