Pr

1
BASES DE CHIMIE
jean-marc.ringot_at_afpa.fr
2007
2
Bases de chimie
La chimie est la science qui étudie la
constitution atomique et moléculaire des corps
ainsi que leurs interactions. Nous ne traiterons
ici que des bases de la chimie organique. Ceci
nous permettra de mieux aborder létude de la
combustion et du traitement de leau. partie
de la chimie qui étudie les composés du carbone.
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Bases de chimie
La matière est discontinue. Toute matière
minérale, végétale ou animale, sous quelque forme
quelle soit, est constituée dun assemblage de
parcelles infinitésimales et insécables. On
distingue les corps simples et les corps
composés. Corps simples Ce sont des corps qui
ne peuvent subir aucune décomposition et leur
ultime division est latome. Tous les atomes dun
même corps simple sont identiques et ont les
mêmes propriétés. Dans la nature, on a dénombré
une centaine de corps simples dont 92 éléments
naturels. Leur nombre est donc limité et une
trentaine seulement dentre eux est
courante. Nous citerons loxygène, lazote, le
carbone, le soufre, lhydrogène, le calcium, le
fer, le cuivre, le plomb
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Bases de chimie

• Corps composés
• Ils résultent de la combinaison de corps simples
  dans des proportions définies, toujours les
  mêmes, pour donner naissance à de nouveaux corps
  qui ont leurs propriétés spécifiques nayant plus
  rien de commun avec les constituants.
• Exemples
• La combinaison de carbone et doxygène donne soit
  du gaz carbonique, soit du monoxyde de carbone
  selon les proportions des constituants.
• La combinaison dhydrogène et doxygène donne
  naissance à de leau.
• La combinaison du chlore et de lhydrogène donne
  lacide chlorhydrique.
• La combinaison dhydrogène et de carbone donne
  les hydrocarbures.
• Les assemblages datomes sont quasiment infinis
  et les corps composés existent par milliers.

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Bases de chimie
Les atomes étant lultime division de la matière,
ils sont les plus petites particules qui
conserveront leur individualité au cours des
diverses combinaisons chimiques que lon pourra
réaliser. Les atomes ont une taille extrêmement
petite et lon pourra retenir des valeurs
moyennes de lordre de Diamètre environ 10
-7 mm soit 10 -10 m ou 1 Å (angstrom) Masse
environ 10 -23 g
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Bases de chimie
Latome comprend deux régions distinctes Une
région centrale, appelée noyau, formée de deux
types de particules
les protons porteurs de charge positive,
les neutrons électriquement neutres.
vide
Une région périphérique dans laquelle gravite
dans lespace sur des orbites bien définies et à
des distances relativement grandes du noyau, des
électrons de charge négative.
On parle souvent de  nuage électronique .
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Bases de chimie
Masse de latome Toute la masse de latome est
pratiquement concentrée dans le noyau et on
notera que la masse du proton est à peu près
égale à celle du neutron. Lélectron est ponctuel
et a une masse négligeable, 1 830 fois plus
faible que celle du proton ou du neutron. Le
diamètre du noyau étant denviron 10 000 à 100
000 fois plus petit que celui de latome, le
noyau sera très dense par rapport à latome. La
matière est surtout constituée de vide !
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Bases de chimie
Stabilité du noyau Nous savons que toutes les
masses sont sollicitées par des forces
dattraction, les protons et les neutrons y sont
donc soumis. Nous savons aussi que les charges
électrostatiques de même signe () ou (-) se
repoussent. Dans le cas du noyau, les forces de
répulsion sont supérieures aux forces
dattraction. Pour quil y ait stabilité, il faut
que le nombre de neutrons soit au moins égal au
nombre de protons et, plus le noyau contiendra de
protons, plus le nombre de neutrons devra croitre
au-delà de cette égalité.
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Bases de chimie
Equilibre de latome Tous les atomes sont
électriquement neutres. Il y a donc, à létat
déquilibre, autant de protons que délectrons.
(Les neutrons nintervenant pas leur charge étant
nulle.) Nous avons dit précédemment que ces
électrons tournaient dans lespace autour du
noyau sur des orbites concentriques. Mais, si les
trajectoires sont à peu près identiques, il y a
un déplacement désordonné des électrons qui sont
en perpétuelle agitation sur leur orbite et
décrivent une sinusoïde de plus ou moins grande
amplitude. Cette agitation est fonction de
certaines énergies externes et entre autres, de
la température. Plus la température sélève, plus
lagitation est intense. Par contre, si la
température baisse lagitation diminue pour
sarrêter complètement à 273,15 C dite  repos
de la matière  ou  zéro absolu .
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Bases de chimie
Ionisation Il se peut quun ou plusieurs
électrons quittent la dernière orbite car les
électrons éloignés du noyau subissent une
attraction moins grande que ceux qui gravitent
sur une orbite plus proche. À ce moment, latome
sera déséquilibré puisque les charges positives
seront supérieures de 1, 2 , 3unités aux charges
négatives perdues. On dira que latome est passé
à létat dion et, comme les charges positives
sont prépondérantes, on dira  ion positif  ou
 cation . Si M est le symbole dun atome
quelconque ont écrit M donne M 1e M
donne M 2e M et M indiquent quil
sagit dun ion positif.
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Bases de chimie
Ionisation Il se peut aussi quun ou plusieurs
électrons viennent en surnombre sur la dernière
orbite. On aura à nouveau déséquilibre de
latome, mais cette fois-ci les charges négatives
sont supérieures aux charges positives. On dira
également que latome est passé à létat dion
et, comme les charges négatives sont
prépondérantes, on dira  ion négatif  ou
anion . Si A est le symbole dun atome
quelconque ont écrit A 1e donne A-
A 2e donne A-- A- et A-- indiquent
quil sagit dun ion négatif.
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Bases de chimie
Les différents atomes Latome le plus simple
est celui qui est constitué dun seul électron
gravitant autour dun seul proton.
Cest lhydrogène
À noter quil ny a pas de neutron, cet élément
nétant pas indispensable à la stabilité du
 noyau  constitué dun seul proton. Il ne peut
exister de corps plus simple. Toute séparation
conduit aux éléments constitutif proton/électron.
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Bases de chimie
Les différents atomes Lélément suivant sera
constitué de deux électrons gravitant autour dun
noyau constitué de deux protons et deux neutrons
pour assurer la stabilité.
Cest lhélium
À noter que du fait de la présence des deux
neutrons dans le noyau, la masse de ce deuxième
élément est presque quatre fois celle de
lhydrogène.
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Bases de chimie
Les différents atomes Lélément suivant sera
constitué de trois électrons gravitant autour
dun noyau constitué de trois protons et trois
neutrons pour assurer la stabilité.
Cest le lithium
À noter quune deuxième orbite apparait.
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Bases de chimie
Les différents atomes On passe dun élément au
suivant en ajoutant 1 électron, 1 proton et 1
ou plusieurs neutrons.
Cest le béryllium
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Bases de chimie
Les différents atomes On passe dun élément au
suivant en ajoutant 1 électron, 1 proton et 1
ou plusieurs neutrons.
Cest le bore
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Bases de chimie
Les différents atomes On passe dun élément au
suivant en ajoutant 1 électron, 1 proton et 1
ou plusieurs neutrons.
Cest le carbone
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Bases de chimie
Ecriture Pour faciliter les écritures, on a
affecté à chaque atome dun corps simple un
 symbole  qui sera soit La première lettre du
nom (français ou latin) en majuscule Hydrogène
H Oxygène O Carbone C Soufre
S Phosphore P Fluor F Uranium U
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Bases de chimie
Ecriture Pour faciliter les écritures, on a
affecté à chaque atome dun corps simple un
 symbole  qui sera soit Ou la première
lettre du nom en majuscule et la deuxième en
minuscule Calcium Ca Cuivre Cu Fer
Fe Silicium Si
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Bases de chimie
Ecriture Pour faciliter les écritures, on a
affecté à chaque atome dun corps simple un
 symbole  qui sera soit Ou la première
lettre du nom en majuscule et une lettre
quelconque en minuscule Plomb Pb Arsenic
As Zinc Zn Chlore Cl
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Bases de chimie
Ecriture Pour faciliter les écritures, on a
affecté à chaque atome dun corps simple un
 symbole  qui sera soit Ou un symbole
nayant aucun rapport avec le nom de lélément
Or Au Mercure Hg Sodium Na Potassium
K
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Bases de chimie
Classement On peut déjà faire un premier
classement des atomes
Nombre délectrons
Nom de latome
Symbole
5
1
2
3
4
6
Hydrogène
Hélium
Lithium
Béryllium
Bore
Carbone
Li
H
He
Be
C
B
À chaque élément correspond un nombre délectrons
dans le nuage électronique. Cest le nombre ou
numéro atomique qui caractérise parfaitement
chaque corps simple.
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Bases de chimie
Couches ou orbites Jusquà présent, nous ne
nous sommes occupés que du nombre global
délectrons sans faire intervenir les orbites sur
lesquelles il gravitent, cest-à-dire leur
position autour du noyau. Il faut savoir que très
schématiquement on retiendra 7 orbites ou couches
possibles délectrons que lon repère par les
lettres , K, L, M, N, O, P, Q. Le nombre
délectrons sur ces couches nest pas quelconque,
pour chaque couche, il peut être au maximum de
K (1re couche) ? 1² . 2 2 L
(2éme couche) ? 2² . 2 8 M (3éme
couche) ? 3² . 2 18 N (4éme
couche) ? 4² . 2 32 O (5éme
couche) ? 5² . 2 50 P (6éme
couche) ? 6² . 2 72 Q (7éme
couche) ? 7² . 2 98 ? 8
24
Bases de chimie
Couches ou orbites Il y aura toujours une
couche extérieure. Ce sera la couche K sil ny a
quune couche, la couche L sil y en a deux La
septième couche Q, si elle existe, sera donc
toujours couche extérieure. Or cette couche
extérieure ne peut avoir au maximum que 8
électrons, et dans ce cas, latome présente une
très grande stabilité. On dit que la couche
extérieure est  saturée . Remarque 1 la
couche K ne pouvant avoir que deux électrons sil
ny a quune couche elle sera alors couche
extérieure et sera saturée à deux
électrons. Remarque 2 à partir de la couche L
et jusquà la couche Q, quand L, M, N, O, P ou Q
seront couche extérieure, elles nauront au
maximum que 8 électrons. Donc Q ne pourra avoir
que 8 électrons (à noter que ce corps na pas
encore été découvert). Remarque 3 toutes les
couches intermédiaires ne sont pas forcément
saturées. La couche K est toujours à 2 électrons
sauf pour lhydrogène (1 seul électron). Remarque
4 correspondant au couche K, L, M, N, O et P on
a 6 atomes dot la couche extérieure est saturée.
Cest la série des gaz rares ou gaz inertes qui
sont respectivement lhélium, le néon, largon,
le krypton, le xénon et le radon.
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Bases de chimie
Couche de valence La couche extérieure est
appelée la couche de  valence . Elle
caractérise lactivité possible de latome qui
aura tendance à rechercher sa stabilité en
 saturant  (on dit aussi en  satisfaisant )
sa couche de valence à 2 électrons sil ny a
quune couche ou à 8 électrons sil y a plus
dune couche. On peut, de façon très simple dire
que le comportement général est le suivant Si
une couche de valence ne possède que 1, 2, 3 ou 4
électrons ou sil lui manque 1, 2, 3 ou 4
électrons pour arriver à 8, on dira que latome
est monovalent, divalent, trivalent,
tétravalent Toutefois, si de nombreux corps
nont quune seule valence, un assez grand nombre
en a deux ou plusieurs et il se peut aussi que la
seule couche extérieure ne suffise pas à cet
échange qui fait alors intervenir des électrons
de la couche inférieure.
26
Bases de chimie
Couche de valence Nous dirons simplement que
latome qui na sur sa couche extérieure que 1,2
ou 3 électrons va être enclin à les céder en
sassociant avec des atomes identiques ou
différents et il y aura formation de
molécules. Latome à qui il manque 1, 2 ou 3
électrons va avoir tendance à compléter sa couche
de valence en empruntant des électrons aux atomes
qui sont enclin à les céder et il y aura de
nouveau formation de molécules. On peut dire
quil y a des atomes donneurs délectrons et des
atomes preneurs délectrons et que leur
association donne des molécules datomes
identiques ou différents. Remarque cas
particulier des atomes ne possédant quune couche
Lhydrogène qui na quun seul électron sera
monovalent. Il sera donneur délectron mais
pourra sassocier avec lui-même. Lhélium, ayant
sa couche de valence satisfaite à deux électrons,
sera très stable et ne sassociera avec aucun
autre corps.
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Bases de chimie
Atome-gramme Rappelons les dimensions de
latome 10 -7 mm, 10 -23 g. Ces chiffres sont peu
suggestifs et se prêtent mal aux calcul. De plus,
les réactions chimiques mettent en jeu un nombre
considérable datome, même dans les travaux de
laboratoire à léchelle du gramme. Aussi a-t-on
adopté un facteur multiplicateur commun à tous
les atomes Le nombre dAvogadro N 6,02 .
1023 Qui représente le nombre datomes dune
masse de 1 gramme dhydrogène. Latome-gramme (ou
masse atomique) dun élément représente la masse
de N atomes de cet élément. Atome-gramme H 1
gramme Atome-gramme C 12 grammes Atome-gramme N
14 grammes Atome-gramme O 16
grammes Atome-gramme S 32 grammes
28
Bases de chimie
Atome-gramme On notera que la valeur de
latome-gramme (ou masse atomique) est très
voisine du nombre de masse qui indique le nombre
de protons et de neutrons du noyau. Toutefois,
des tables plus précises indiqueront
Atome-gramme H 1,00797 gramme Atome-gramm
e C 12,01115 grammes Atome-gramme N 14,0067
grammes Atome-gramme O 15,9994
grammes Atome-gramme S 32,034
grammes Ceci est à rattacher au fait que la
proportionnalité délectrons et de neutrons
nexiste pas et que la masse des électrons, bien
que très faible, intervient. Dautre part, il y
a, accompagnant chaque corps simple, une très
faible part, toujours la même dailleurs,
disotopes.
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Bases de chimie
Atome-gramme On peut, pour les corps simples
que nous rencontrerons dans nos études de
combustion, retrouver la masse atomique à partir
du numéro atomique de lélément. Exemple Le
carbone est le numéro 6 Nombre délectrons 6
(égal au numéro atomique) Nombre de protons
6 (égal au nombre délectrons) Nombre de
neutrons 6 (ici égal au nombre de
protons) Nombre de masse 12 (somme des
protons et des neutrons) Masse atomique 12
grammes
30
Bases de chimie
Atome-gramme Complétons le tableau ci-dessous
selon lexemple du carbone.
Élément Symbole N électrons protons neutrons Nb de masse Atome-gramme
hydrogène
carbone C 6 6 6 6 12 12 g
azote
oxygène
soufre
H 1 1
1 0 1
1 g
N 7 7
7 7 14
14 g
O 8 8
8 8 16
16 g
S 16 16
16 16 32
32 g
31
Bases de chimie
Isotopes Les isotopes sont pour le même numéro
atomique la possibilité pour un atome de posséder
un nombre différent de neutrons. Par exemple le
carbone normal a 6 électrons, 6 protons et 6
neutrons on lappelle carbone 12 (son nombre de
masse est de 12), mais il existe également le
carbone dit carbone 14 qui possède lui 6
électrons, 6 protons mais 8 neutrons (son nombre
de masse est alors de 14). De même, il existe
loxygène normal O16 (8p 8n), mais aussi
loxygène O17 et O18 qui ont 8 protons mais
respectivement 9 et 10 neutrons. Le comportement
chimique de ces isotopes est identique à celui de
latome  normal . Seule la stabilité du noyau
est différente. À noter quil ny a quune
vingtaine de corps qui na pas disotope.
32
Bases de chimie
Table des éléments On trouvera dans les
diapositives suivantes, le nom, le symbole, la
masse atomique et la valence des éléments connus,
classés selon leur numéro atomique.
33
Bases de chimie
N Nom Symbole Masse atomique Valence
1 Hydrogène H 1 1
2 Hélium He 4 0
3 Lithium Li 6.9 1
4 Béryllium Be 9 2
5 Bore B 10.8 3
6 Carbone C 12 2 4
7 Azote N 14 3 4 - 5
8 Oxygène O 16 2
9 Fluor F 19 1
10 Néon Ne 20.2 0
11 Sodium Na 23 1
12 Magnésium Mg 24.3 2
13 Aluminium Al 27 3
14 Silicium Si 28 4
15 Phosphore P 31 1 3 4 5
34
Bases de chimie
N Nom Symbole Masse atomique Valence
16 Soufre S 32 2 4 - 6
17 Chlore Cl 35.5 1 3 4 5 7
18 Argon A 39.9 0
19 Potassium K 39.1 1
20 Calcium Ca 40 2
21 Scandium Sc 45 3
22 Titane Ti 47.9 2 3 4
23 Vanadium V 51 2 3 4 5
24 Chrome Cr 52 2 3 6
25 Manganèse Mg 55 12346-7
26 Fer Fe 56 2 3
27 Cobalt Co 58,9 2 3
28 Nickel Ni 58,7 2 3
29 Cuivre Cu 63.5 1 - 2
30 Zinc Zn 65.4 2
35
Bases de chimie
N Nom Symbole Masse atomique Valence
31 Gallium Gd 69.7 2 3
32 Germanium Gc 72.6 2 4
33 Arsenic As 75 2 3 5
34 Sélénium Se 79 2 4 6
35 Brome Br 80 5 7
36 Krypton Kr 84 0
37 Rubidium Rb 85.5 1
38 Strontium Sr 87.6 2
39 Yttrium Y 89 3
40 Zirconium Zr 91 2 3 4
41 Colombium Cb 93 2 3 4 5
42 Molybdène Mo 96 2 3 4 5 6
43 Technétium Tc 99 4 5 6 7
44 Ruthénium Ru 101 3 4 5 6 8
45 Rhodium Rh 103 3
36
Bases de chimie
N Nom Symbole Masse atomique Valence
46 Palladium Pd 106.4 2 3 4
47 Argent Ag 108 1
48 Cadmium Cd 112.4 2
49 Indium In 115 1 3
50 Etain Sn 11807 2 4
51 Antimoine Sb 121.75 3 4 5
52 Tellure Te 127.6 2 4 6
53 Iode I 127.9 1 3 5 7
54 Xénon Xe 131.3 0
55 Césium Cs 133 1
56 Baryum Ba 137.3 2
57 Lanthane La 139 3
58 Cérium Ce 140 3 4
59 Praséodyme Pr 141 3 4
60 Néodyme Nd 144.2 3
terres rares ou lanthanides
37
Bases de chimie
N Nom Symbole Masse atomique Valence
61 Prométhium Pm 147 3
62 Samarium Sm 150.4 2 3
63 Europium Eu 152 2 3
64 Gadolinium Gd 157 3
65 Terbium Tb 159 3 4
66 Dysprosium Dy 162.5 3
67 Holmium Ho 165 3
68 Erbium Er 167.2 3
69 Thulium Tm 169.4 3
70 Ytterbium Yb 173 2 3
71 Lutécium Lu 175 3
72 Hafnium Hf 178.6 2 3 4
73 Tantale Ta 181 2 3 5
74 Tungstène W 184 2 4 5 6
75 Rhénium Re 186.3 1-2-3-4-5-6-7
terres rares ou lanthanides
38
Bases de chimie
N Nom Symbole Masse atomique Valence
76 Osmium Os 190.2 2 3 4 6 - 8
77 Iridium Ir 193.1 1 2 3 4 - 6
78 Platine Pt 195.3 2 3 - 4
79 Or Au 197 1 3
80 Mercure Hg 200.6 2 3
81 Thallium Tl 204 1 3
82 Plomb Pb 207 2 4
83 Bismuth Bi 209 2 3 4
84 Polonium Po 210 2 4
85 Astatine At 211 1 3
86 Radon Rn 222 0
87 Francium Fa 223 1
88 Radium Ra 226 2
89 Actinium Ac 227 3
90 Thorium Th 232 4
actinides
39
Bases de chimie
N Nom Symbole Masse atomique Valence
91 Protactinium Pa 231 4 5
92 Uranium U 238 3 4 6
93 Neptunium Np 237 3 4 5 6
94 Plutonium Pu 239 3 4 5 6
95 Américium Am 241 3 4 5 6
96 Curium Cm 242 3 4
97 Berkélium Bk 243 3
98 Californium Cf 245 3
99 Einsteinium Es 253 3
100 Fermium Fm 254 3
101 Mendélévium Md 256 3
102 Nobelium No 254
103 Lawrencium Lw 259
104 Kurtchatovium Ku 260
105 Habnium Ha 260
actinides
40
Bases de chimie
Classification périodique des éléments Nous
avons vu que les atomes pouvaient être classés
selon leur numéro atomique. On peut également
distinguer leur nombre de couches et lévolution
des électrons sur ces couches. On a donc classé
les éléments dans un tableau à double entrée qui
fait ressortir verticalement les orbites (K, L,
M, N, O, P, Q) et où sera précisé horizontalement
le nombre délectrons et leur évolution sur les
diverses orbites. En allant de gauche à droite et
de haut en bas, on trouvera les atomes de numéros
atomiques croissants. Lensemble des éléments
figurant sur une même ligne sappelle une
période. La série des lanthanides (58 à 71) très
proches du lanthane et celle des actinides (90 à
103) très proches de lactinium, sont sorties du
tableau pour en diminuer la largeur et faciliter
lutilisation. La colonne de droite sera celle
des gaz rares. Ce tableau est appelé table de
Mendeleïev
du nom de son inventeur.
Dimitri Yvanovitch Mendeleïev 1834-1907
41
Bases de chimie
Classification périodique des éléments
42
Bases de chimie
Classification périodique des éléments
K H He
L Li Be B C N O F Ne
M Na Mg Al Si P S Cl Ar
N K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
O Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
P Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Q Fr Ra Ac Ku Ha
43
Bases de chimie
Familles déléments On appelle  famille 
lensemble des atomes dune colonne de la
classification périodique des éléments. Les
atomes dune même famille auront un même nombre
délectrons sur leurs couches périphériques. Ce
qui leur confère des propriétés chimiques
proches. Une famille bien connue est celle des
 gaz rares  qui comprend tous les éléments dont
la couche extérieure est saturée à 2 ou 8
électrons.
44
Bases de chimie
famille des alcalins
I A II A IIIA IVA V A VIA VIIA VIII VIII VIII I B IIB IIIB IVB VB VIB VIIB O
K H He
L Li Be B C N O F Ne
M Na Mg Al Si P S Cl Ar
N K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
O Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
P Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Q Fr Ra Ac Ku Ha
Lithium, sodium, potassium, rubidium, césium.
Lhydrogène a un comportement
particulier, le francium est radioactif.
45
Bases de chimie
famille des alcalinoterreux
I A II A IIIA IVA V A VIA VIIA VIII VIII VIII I B IIB IIIB IVB VB VIB VIIB O
K H He
L Li Be B C N O F Ne
M Na Mg Al Si P S Cl Ar
N K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
O Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
P Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Q Fr Ra Ac Ku Ha
Béryllium, magnésium, calcium, strontium, baryum.
Le radium est radioactif.
46
Bases de chimie
famille des éléments de transition
I A II A IIIA IVA V A VIA VIIA VIII VIII VIII I B IIB IIIB IVB VB VIB VIIB O
K H He
L Li Be B C N O F Ne
M Na Mg Al Si P S Cl Ar
N K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
O Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
P Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Q Fr Ra Ac Ku Ha
Fer, cuivre, zinc, argent, mercure, manganèse...
47
Bases de chimie
famille de la colonne III B
I A II A IIIA IVA V A VIA VIIA VIII VIII VIII I B IIB IIIB IVB VB VIB VIIB O
K H He
L Li Be B C N O F Ne
M Na Mg Al Si P S Cl Ar
N K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
O Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
P Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Q Fr Ra Ac Ku Ha
Bore, aluminium, gallium, indium thallium.
48
Bases de chimie
famille de la colonne IV B
I A II A IIIA IVA V A VIA VIIA VIII VIII VIII I B IIB IIIB IVB VB VB VIB VIIB O
K H He
L Li Be B C N N O F Ne
M Na Mg Al Si P P S Cl Ar
N K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As As Se Br Kr
O Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Sb Te I Xe
P Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Bi Po At Rn
Q Fr Ra Ac Ku Ha
Carbone, silicium, germanium, étain, plomb.
49
Bases de chimie
famille de la colonne V B
I A II A IIIA IVA V A VIA VIIA VIII VIII VIII I B IIB IIIB IVB VB VIB VIIB O
K H He
L Li Be B C N O F Ne
M Na Mg Al Si P S Cl Ar
N K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
O Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
P Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Q Fr Ra Ac Ku Ha
Azote, phosphore, arsenic, antimoine, bismuth.
50
Bases de chimie
famille des chalcogènes
I A II A IIIA IVA V A VIA VIIA VIII VIII VIII I B IIB IIIB IVB VB VIB VIIB O
K H He
L Li Be B C N O F Ne
M Na Mg Al Si P S Cl Ar
N K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
O Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
P Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Q Fr Ra Ac Ku Ha
Oxygène, soufre, sélénium, tellure, polonium.Le
nom de cette famille est très peu utilisé car les
éléments de cette colonne nont pas  lesprit de
famille  bien marqué.
51
Bases de chimie
famille des halogènes
I A II A IIIA IVA V A VIA VIIA VIII VIII VIII I B IIB IIIB IVB VB VIB VIIB O
K H He
L Li Be B C N O F Ne
M Na Mg Al Si P S Cl Ar
N K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
O Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
P Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Q Fr Ra Ac Ku Ha
Fluor, chlore, brome, iode.
Lastate est
radioactif.
52
Bases de chimie
famille des gaz rares
I A II A IIIA IVA V A VIA VIIA VIII VIII VIII I B IIB IIIB IVB VB VIB VIIB O
K H He
L Li Be B C N O F Ne
M Na Mg Al Si P S Cl Ar
N K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
O Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
P Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Q Fr Ra Ac Ku Ha
Hélium, néon, argon, krypton, xénon, radon.
53
Bases de chimie
alcalins alcalinotrreux Éléments de transition Éléments de transition Éléments de transition Éléments de transition Éléments de transition Éléments de transition Éléments de transition Éléments de transition Éléments de transition Éléments de transition chalcogènes halogènes Gaz rares
I A II A IIIA IVA V A VIA VIIA VIII VIII VIII I B IIB IIIB IVB VB VIB VIIB O
K H He
L Li Be B C N O F Ne
M Na Mg Al Si P S Cl Ar
N K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
O Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
P Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Q Fr Ra Ac Ku Ha
54
Bases de chimie
Les associations datomes donneront naissance aux
molécules et la molécule sera la plus petite
quantité de matière qui puisse exister à létat
libre, que lon pourra isoler et qui conservera
ses propriétés et caractéristiques. Daprès les
règles que nous avons énoncées concernant la
couche de valence, nous allons étudier les
diverses associations ou échange délectrons que
lon peut envisager entre les atomes. Cette
présentation sera sommaire mais permettra
dexpliquer les rapports simples et constants qui
régissent la formulation des corps simples ou
composés ainsi que les associations datomes ou
de molécules. Nous considérerons donc
schématiquement les associations datomes de
même nature, les associations datomes de natures
différentes, les échanges délectrons.
55
Bases de chimie
Association datomes de même nature Ils donnent
naissance aux molécules de corps simples. Exemple
1 lhydrogène 1 atome dhydrogène 1 atome
dhydrogène ? 1 molécule dhydrogène
H H
? H2
Il y a mise en commun de chacun des électrons
périphériques pour évoluer vers un environnement
électronique identique à celui du gaz rare le
plus voisin lhélium. La couche de valence de
chaque atome est satisfaite puisquelle a ses
deux électrons.
56
Bases de chimie
Association datomes de même nature Ils donnent
naissance aux molécules de corps simples. Exemple
2 loxygène 1 atome doxygène 1 atome
doxygène ? 1 molécule doxygène
O O
? O2
Il y a mise en commun de deux électrons
périphériques pour évoluer vers un environnement
électronique identique à celui du gaz rare le
plus voisin le néon. On dit de ces liaisons
quelles sont  covalentes . La plupart des gaz,
exception faite des gaz rares, se comportent
comme lhydrogène et loxygène. On dit quils
sont diatomiques.
57
Bases de chimie
Association datomes de natures différentes Ils
donnent naissance aux molécules de corps
composés. Exemple 1 le chlore et lhydrogène 1
atome dhydrogène 1 atome de chlore ?
1 molécule dacide chlorhydrique
H Cl
? HCl
Chaque atome a saturé sa couche périphérique 2 e
pour lhydrogène, 8 e pour le chlore.
58
Bases de chimie
Association datomes de natures différentes Ils
donnent naissance aux molécules de corps
composés. Exemple 2 le carbone et lhydrogène 4
atomes dhydrogène 1 atome de carbone ?
1 molécule de méthane 4 H
C ?
CH4
Chaque atome a saturé sa couche périphérique 2 e
pour lhydrogène, 8 e pour le carbone.
59
Bases de chimie
Echanges délectrons Un atome cède un ou
plusieurs électrons à un autre les acceptant.
Exemple le chlore et le sodium 1 atome de
sodium 1 atome de chlore ? 1 molécule
de chlorure de sodium Na
Cl ?
NaCl-
échange
Latome de sodium devient cation en perdant un
électron, latome de chlore devient anion en le
récupérant. Le chlorure de sodium fondu est
dailleurs conducteur délectricité du fait de la
présence de ces ions.
60
Bases de chimie
Corps composés Ils sont issus de réactions
chimiques associant différents atomes. Ces
réactions se produisent parfois instantanément
mais dans de nombreux autres cas il faut les
amorcer par élévation de température, de pression
ou utilisation de catalyseurs. Lassociation
datomes est mise en évidence par la formule
chimique du corps qui traduira simplement la
nature des atomes qui sont en jeu et leur nombre
respectif. Les atomes sont précisés par leur
symbole et leur nombre mis en jeu par un
indice. Du fait que les réactions se font par
nombres entiers datome les rapports entre les
diverses sortes datomes seront toujours dans des
rapports simples. Exemples Eau H2O 2 atomes
dhydrogène et 1 atome doxygène Gaz carbonique
CO2 1 atome de carbone et 2 atomes
doxygène Acide sulfurique SO4H2 1 soufre, 4
oxygène, 2 hydrogène
61
Bases de chimie
Formule développée plane Cette représentation
fait apparaître la structure atomique de chaque
corps par sa valence dans le plan. Napparaît
plus que le symbole de latome et des traits
représentant les valences. Exemples Hydrogène
H Carbone
ou
Azote
ou
Oxygène
ou
62
Bases de chimie
Formule développée plane Cette représentation
fait apparaître la structure atomique de chaque
corps composé. Exemples
H2O
Eau
CO2
Gaz carbonique
NH3
Ammoniac
Méthane
CH4
63
Bases de chimie
Molécule-gramme ou mole De même que lon a
définit latome-gramme comme la masse de N
atomes, on définit la molécule gramme comme la
masse exprimée en grammes de N molécules. Rappel
N 6,02 . 1023 La masse moléculaire ou
molécule-gramme dun corps composé quelconque
sera égale à la somme des divers atomes-grammes
multipliés par leur indice. Exemples de calcul
de molécules-grammes Hydrogène H2 ? 2 x 1
g 2 g Eau H2O ? (2 x 1 g) 16 g
18 g Méthane CH4 ? 12 g (4 x 1 g)
16 g Acide sulfurique SO4H2 ? 32 g (4 x
16 g) (2 x 1 g) 98 g Gaz carbonique
CO2 ? 12 g (2 x 16 g) 44 g
64
Bases de chimie
Volume moléculaire Cest le volume occupé par
une molécule gramme dun corps gazeux dans les
conditions dites  normales  de température
(0C) et de pression (760 mmHg). Ce volume est de
22,4 litres. Il est le même pour tous les corps
gazeux indépendamment de la masse moléculaire du
corps. Exemples Hydrogène H2 ? 2
g ? 22,4 L Eau (vapeur) H2O ? 18 g ? 22,4
L Méthane CH4 ? 16 g ? 22,4 L Gaz
carbonique CO2 ? 44 g ? 22,4 L
65
Bases de chimie
Corps purs Ce sont des corps simples ou
composés qui ne contiennent aucune particule
étrangère à ce corps. Dans le cas de corps
simple, toutes les molécules sont de même
nature. Dans le cas de corps composés, les
molécules sont constituées par des associations
bien définies datomes. Chacun de ces corps, sil
est pur, ne contient quun seul type
dassociation à lexception de toute autre
molécule. Les corps purs ont toujours les mêmes
propriétés physiques Densité Température de
fusion Température débullition Coefficient de
dilatation On les appelle  constantes
physiques  du corps.
66
Bases de chimie
Mélanges Un mélange est un ensemble de
molécules de différentes espèces. Les proportion
des constituant pouvant varier, on ne peut pas
parler de constantes physiques. Exemples de
mélanges Air mélange doxygène et
dazote Pétrole mélange dhydrocarbures
divers On dit dun mélange quil est homogène
quand on ne peut séparer les constituants que par
distillation ou cristallisation. On dit dun
mélange quil est hétérogène quand on peut
séparer ses composants par simple décantation ou
filtration.
67
Bases de chimie
Réactions chimiques On peut schématiser ces
réactions par les trois formules suivantes A
B ? AB Cas de corps simples purs qui sunissent
dans des proportions bien définies pour donner
naissance à un corps composé pur. Exemple
C O2 ? CO2 Carbone
oxygène ? gaz carbonique C D ? E
F Cas de corps composés purs qui disparaissent
pour donner naissance à dautres corps purs
simples ou composés. Exemple SO4H2
2NaOH ? SO4Na2
2H2O acide sulfurique soude ?
sulfate de soude eau
68
Bases de chimie
Réactions chimiques On peut schématiser ces
réactions par les trois formules suivantes G ?
H I Cas dun corps pur composé qui disparaît
pour donner naissance à dautres corps purs
simples ou composés. Exemple 2NO3H ? 2NO2
½ O2 H2O
acide nitrique ? peroxyde dazote
oxygène eau Ces réactions se
produisent très souvent sous le simple effet de
la chaleur ou de la lumière et sont accélérées
par un catalyseur. Lacide nitrique devra être
conservé dans des flacons en verre coloré
parfaitement étanche.
69
Bases de chimie
Réactions chimiques Règle 1 Au cours dune
réaction, rien ne se perd, rien ne se crée, tout
se transforme (loi de Lavoisier). Ceci veut dire
que les masses des divers constituants du côté
gauche de légalité se retrouvent du côté
droit. Exemple C O2 ? CO2 12 g 32 g 44 g
70
Bases de chimie
Réactions chimiques Règle 2 Lorsque des
éléments sunissent, ils échangent généralement
le même nombre de valence. Exemple
Fer ? divalent (Fe)
FeO (oxyde ferreux)
Oxygène ? divalent (O--)
Fer ? trivalent (Fe)
Fe2O3 (oxyde ferrique)
Oxygène ? divalent (O--)
Soufre ? divalent (S--)
SZn2 (sulfure de zinc)
Zinc ? monovalent (Zn)
71
Bases de chimie
Réactions chimiques Règle 3 Dans les
réactions chimiques, les substitutions se font
généralement à valence égale. Exemple
H2SO4 Fe ? SO4Fe H2 1 atome de fer
bivalent se substitue à 2 atomes dhydrogène
monovalents.