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Comment se produit une transformation chimique ? L´explication est que chaque matière consiste en minuscules particules appelées atomes. Ces atomes se lient entre-eux pour former de particules plus grandes appelées molécules ou si elles sont chargées électriquement, elles se combinent sous l´effet de l´attraction des c... |
La chimie est la science de la manière dont les atomes réagissent et se combinent les uns avec les autres. Des sciences apparentées telles que la mécanique quantique, contribuent à la chimie pour expliquer beaucoup d´aspects des réactions chimiques. |
Chimie générale/Structure atomique |
Noyaux et électrons. |
Orbitales électroniques. |
Une orbitale électronique peut être définie comme une région de l'espace dans laquelle la probabilité de trouver un électron est grande. |
La forme et la taille des orbitales électroniques sont déterminées dans le cadre de la théorie quantique de l'atome. |
Si, dans une expérience mentale, on réalise une série de clichés photographiques d'un atome à des moments successifs, on observera les électrons à différents endroits autour du noyau. Plus la probabilité de trouver l'électron à un endroit est grande, plus le cliché montrera de photos de l'électron à cet endroit. Finale... |
Chacune des orbitales décrites est caractérisée par un certain niveau d'énergie des électrons qu'elle contient. |
En première approximation, plus l'orbitale est grande -et donc, plus les électrons qu'elle contient sont éloignés du noyau, plus l'énergie potentielle des électrons contenus est grande, de la même manière qu´une pierre au sommet d´une colline a une énergie potentielle plus grande que celle qui se trouve au fond de la v... |
La nature ondulatoire de l´électron. |
Les électrons se comportent comme des particules mais aussi comme des ondes. (Les travaux d'Albert Einstein, entre autres, montrent, en effet, que la lumière et toute la matière se comportent ainsi.) Un des résultats de cette observation est que les électrons ne peuvent être sur une orbite de n´importe quelle énergie. ... |
Introduction à la théorie quantique. |
L´idée fondamentale de la mécanique quantique, énoncée par Louis de Broglie, est que la matière est associée à une onde ou plutôt aux propriétés d´une onde. Mathématiquement, cette idée se traduit par la relation : |
formula_1 |
où p est la quantité de mouvement formula_2 |
et h est la constante de Planck qui vaut 6,626 10-34J.s .-- |
Du binôme matière - onde, on a déduit le principe d´incertitude de Heisenberg qui dit qu´il est impossible de vérifier, avec précision, la position et la quantité de mouvement d´une particule en mouvement. |
formula_3 |
On définit aussi la constante de Planck réduite ou constante de Dirac : |
formula_4 |
Le principe d´incertitude n´a pas d´influence sur notre vie courante ; voyons un exemple : |
Une voiture de 500 kg se déplace à une vitesse de 80 km/h. Supposons que cette vitesse soit connue à 0,5 km/h près. Quelle est l´erreur minimum possible sur la détermination de la position du véhicule ? |
formula_5 |
Ce qui est insignifiant. |
Pour un électron, c´est tout à fait différent. |
Un électron de 9,1 10-31 kg fait partie d´un atome d´hydrogène qui a un diamètre de 2 10-10 m. Sa position est donc connue à 10-10 m près. Quelle précision maximum puis-je obtenir sur la vitesse de cet électron ? |
formula_6 |
On voit donc pourquoi nous ne parlons pas de la position de l´électron mais bien de sa probabilité de se trouver dans une position. |
L´équation de Schrödinger. |
Si l´on dit qu´à la matière est associée une onde, il doit y avoir une équation qui représente cette onde. Cette équation a été établie par Erwin Schrödinger. |
Dans une équation quelconque y = f(x), il peut arriver que certaines valeurs de x ne donnent pas de solution à l´équation. Par exemple, y = log(x) n´admet de solutions que pour les valeurs positives de x. |
De la même manière, l´équation de Schrödinger n´admet comme solution qu´un nombre limité de valeurs. On dit que ces solutions sont quantifiées, plus précisément, et copions le "Petit Robert" : « Quantifié : Se dit d´une grandeur physique qui ne peut prendre que certaines valeurs caractérisées par des nombres entiers mu... |
Mais quelle est cette fameuse équation de Schrödinger ? |
Regardez-la et oubliez-la immédiatement : |
formula_7 |
Couches électroniques et orbitales. |
Quand un atome ou un ion reçoit des électrons dans ses orbitales, les nuages et les orbitales se remplissent d´une manière définie. |
Il y a trois principes qui gouvernent ce processus 1) Le principe de remplissage 2) Le principe d´exclusion de Pauli 3) Un troisième |
Principe de remplissage. |
Les électrons ont tendance à remplir les couches électroniques demandant le moins d'énergie en premier(ex : remplir la couche 4s avant la couche 3d) |
Voici l'ordre de remplissage : 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 5f 6d 6f |
Les orbitales s peuvent contenir 2 électrons maximum. |
Les orbitales p peuvent contenir 6 électrons maximum. |
Les orbitales d peuvent contenir 10 électrons maximum, et finalement les orbitales f peuvent contenir 14 électrons maximum |
Exemple de remplissage : N (7)= 1s² 2s² 2p³ |
Anomalie : Un atome cherche toujours à être stable (avoir sa dernière couche électronique pleine). Parfois, il transfère un électron à une couche plus haute pour acquérir une certaine stabilité. |
Exemple : Cr(24) = {Ar}4s1 3d5 |
Orbitales atomiques. |
Les électrons circulent sur des orbites atomiques dans des nuages de forme et grandeurs variées. Les nuages d´électrons sont sous forme de coques imbriquées les unes dans les autres où les électrons occupant les coques les plus petites et les plus internes possèdent le plus bas état énergétique et ceux occupant les coq... |
La nature ondulatoire de l´électron. |
Les électrons se comportent en particules mais aussi en ondes. (Les travaux de Einstein et autres montrent que la lumière et la matière se comportent avec cette double nature qui est observée plus clairement pour les particules très petites). Un des résultats de cette observation est que les électrons ne peuvent se dép... |
Coques électroniques. |
Chaque coque est divisée en une ou plusieurs orbitales, chacune d´elles ayant un moment angulaire différent. Chaque orbitale a une forme différente et est nommée par une lettre. Ce sont: s, p, d, and f. (qui signifient "Sharp"-étroite-, "principle"- principale-, "diffuse"-difuse-, et "fundamental"-fondamentale- ce qui ... |
L´orbitale s. |
L´orbitale la plus simple dans un atome est l´orbitale 1s. Elle n´a pas de nœuds radiaux ou angulaires : l´orbitale 1s est simplement une sphère de densité d´électron. Comme pour toutes les orbitales, le nombre de nœuds radiaux augmente avec le nombre quantique principal (c´est-à-dire l´orbitale "2s" a un nœud radial, ... |
formula_8 |
Les orbitales p. |
À partir de la 2iemecouche, il y a plusieurs orbitales "p". Il n´y a qu´un nombre quantique de moment angulaire dans une orbitale "p" ainsi l´orbitale "p" n´a qu´un nœud angulaire. Il y a trois possibilités de nombre magnétique quantique qui indiquent trois possibilités d´orientations des orbitales p. Finalement, chaqu... |
formula_9 |
Les orbitales "p" ont deux lobes de densité d´électron situés sur chacun des axes. Chacune est symétrique sur son axe. La notation des orbitales "p" indique sur quel axe se trouve l´orbitale c´est-à-dire que px pointe le long de l´axe des x, py le long de l´ axe des y et pz le long de l´axe des z . Les orbitales p sont... |
Les Orbitales d. |
Le premier ensemble d´orbitales "d" est le groupe 3d. Le nombre quantique angulaire est 2, ainsi chaque orbitale a deux nœuds angulaires. Il y a cinq possibilités pour le nombre quantique magnétique, ce qui donne cinq orbitales différentes. Chaque orbitale peut contenir deux électrons (de spins opposés) donnant une cap... |
formula_10 |
Notons que toutes les orbitales "d" ont quatre lobes de densité d´électrons sauf dz2, qui a deux lobes opposés. Les orbitales "d" peuvent être subdivisées en deux petit groupes.Les orbitales dx2-y2 et dz2 pointent tous dans la direction des axes des x, y et x et forment un groupe eg . D´un autre côté, les lobes des orb... |
Orbitales f et supérieurs. |
"f" a un moment angulaire 3, cela donne 7 valeurs dans la direction de z . Une orbitale f peut donc contenir 14 électrons. |
"Liaison Delta" |
"Liaison Pi " |
Remplissage du nuage électronique. |
La règle de l'octet se réfère à la tendance qu´ont les atomes d´avoir huit électrons dans leur couche de valence. |
L´exception la plus importante est l´hydrogène qui a son plus bas niveau d´énergie quand il a deux électrons dans sa couche de valence. |
D´autres exceptions notables sont l´aluminium et le bore qui peuvent avoir seulement 6 électrons de valence et quelques atomes du groupe trois de la table périodique qui peuvent en avoir plus de huit, dont le soufre. |
Une autre tendance des atomes est de maintenir la neutralité de la charge totale. Seuls les gaz rares ont une charge nulle avec l´octet réalisé. Tous les autres éléments ont une charge quand ils ont huit électrons. Le résultat de ces deux tendances (octet et neutralité) est la réactivité des atomes qui cherchent à part... |
Chimie générale/Composés et liaisons |
Introduction aux liaisons. |
Une liaison chimique (ou plus généralement, une interaction chimique) est un phénomène qui maintient des atomes proches les uns des autres; les atomes formant ainsi un assemblage appelé, selon les cas, « molécule », « complexe », « ion polyatomique », « cristal » ou « solide amorphe ». Ces liaisons peuvent se former en... |
Les liaisons ioniques se forment entre des ions positifs et négatifs. Dans un solide dit « ionique », les électrons sont « fixés » aux ions et ne circulent pas. La liaison est dans ce cas un phénomène essentiellement électrostatique (attirance entre les charges électriques positives et négatives). Le sel de table (ou c... |
Les liaisons covalentes se forment quand les électrons sont partagés entre deux atomes. Cela donne lieu à deux structures possibles : molécule et réseau solide covalents. Le méthane (CH4) est une molécule covalente et les verres sont des réseaux solides covalents. |
Il y a liaison métallique entre les atomes de métal. Dans une substance avec liaisons métalliques, les électrons externes peuvent circuler librement entre tous les atomes. Le fer est une élément chimique permettant la création de liaisons métalliques. |
Certains assemblages sont plus complexes et sont décrit par des liaisons partiellement covalentes et partiellement ioniques, comme par exemple les oxydes cristallins. |
Liaisons ioniques. |
Qu'est-ce que c'est qu'un ion ? |
Les ions sont des atomes ou des molécules qui sont chargés électriquement. Les cations sont chargés positivement et les anions portent une ou des charges négatives. Les ions se forment lorsque les atomes reçoivent ou perdent un ou plusieurs électrons . |
Comme les électrons sont chargés négativement , un atome qui perd un électron devient chargé positivement (de la même manière, celui qui gagne un ou plusieurs electrons(ou note scientifique: e-) devient chargé négativement ). |
Description de la liaison ionique. |
Des liaisons ioniques se forment entre les ions chargés positivement et négativement. Ces ions de charges opposées s´attirent et restent près l´un de l´autre- ils sont reliés ioniquement- . La loi de l´électrostatique explique pourquoi cela se passe ainsi : des charges opposées s´attirent et des charges de signe identi... |
Liaisons covalentes. |
La liaison covalente se forme lorsque des atomes mettent des électrons en commun pour compléter la couche externe de valence. Ce type de liaison se forme surtout entre les éléments légers (soufre, carbone, ...) appartenant aux colonnes IIIA, IVA et VA de la classification périodique. |
Liaison simple. |
Un exemple de substance liée d´une manière covalente est l´hydrogène gazeux (H2). Un atome d´hydrogène seul possède un électron de valence, il en faut deux pour remplir la couche. Quand deux atomes d´hydrogène se lient, chacun d´eux met en commun son électron avec l´autre atome : les électrons circulent autour de deux ... |
Liaison double et triple. |
Subsets and Splits
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