Chimie générale : structure de la matière
Cours et exercices corrigés
Fatiha Barka Bouaifel
Nacer Bezzi
Ellipses
Chapitre 1
Notions fondamentales de chimie
I. Aspects de la matière - Changement d'états1
II. Mélange et corps purs2
1. Mélange homogène2
2. Mélange hétérogène2
III. Atomes et éléments4
1. Les lois pondérales et les lois volumétriques4
2. Masse atomique - Mole et masse molaire atomique7
IV. Molécules - Masse molaire moléculaire7
V. Solution8
1. Concentration d'une solution8
2. Dilution d'une solution11
VI. Quantité de matière d'une espèce gazeuse11
VII. Unités de mesure12
Exercices d'application13
Chapitre 2
Structure de l'atome
I. Mise en évidence des particules élémentaires15
1. L'électron15
2. Le noyau de l'atome19
II. Les caractéristiques de l'atome22
1. Nuclide ou nucléide23
2. Les isotopes24
3. La cohésion du noyau25
III. Radioactivité - Réactions nucléaires27
1. Radioactivité naturelle27
2. Radioactivité artificielle33
IV. Domaines d'application34
V. Risques et effets biologiques33
Exercices d'application36
Chapitre 3
Quantification de l'énergie Modèle semi-atomique
I. Dualité onde-corpuscule de la lumière39
1. Ondes lumineuses39
2. Nature corpusculaire de la lumière41
3. Effet photoélectrique41
II. Spectre optique de l'hydrogène42
1. Résultats expérimentaux42
2. Interprétation du spectre optique43
3. Modèles classiques de l'atome43
Exercices d'application50
Chapitre 4
Modèle quantique de l'atome
I. L'hypothèse de Louis de De Broglie53
II. Le principe d'incertitude d'Heisenberg54
III. Le modèle orbital de l'atome55
1. L'équation de Schrôdinger55
2. Interprétation physique de ? (x, y, z)57
3. Expression en coordonnées cartésiennes59
IV. Les nombres quantiques61
1. Le nombre quantique principal n61
2. Le nombre quantique secondaire ou azimutal I62
3. Le nombre quantique magnétique m62
4. Le nombre de spin s62
V. Degré de dégénérescence63
1. Nomenclature des états63
2. Expressions mathématiques des solutions63
3. Représentations graphiques des orbitales atomiques64
4. Description physique des orbitales atomiques65
VI. Cas des hydrogénoïdes67
VII. Cas des atomes polyélectroniques68
1. Approximation monoélectronique de Slater68
2. Effet d'écran68
Exercices d'application70
Chapitre 5
Classification périodique des éléments
I. Structures électroniques des atomes71
1. Le principe de stabilité71
2. Le principe d'exclusion de Pauli72
3. La règle de Hund72
4. La règle de Klechkowski73
II. Le principe de la classification périodique75
1. Les lignes ou périodes75
2. Les groupes chimiques75
3. Les blocs d'éléments76
III. Les propriétés périodiques des éléments77
1. Le rayon atomique77
2. L'énergie d'ionisation78
3. L'affinité électronique80
4. L'électronégativité80
5. Les nombres d'oxydation82
IV. Les propriétés physico-chimiques des familles d'éléments83
1. Les métaux83
2. Les non métaux84
3. Les métalloïdes85
V. La stabilité des ions85
Exercices d'application86
Chapitre 6
La liaison chimique
I. La liaison ionique87
1. Bilan énergétique88
2. Forces d'attraction89
3. Forces de répulsion89
II. La liaison covalente91
1. La représentation de Lewis91
2. Les paramètres de la liaison covalente94
III. La méthode VSEPR95
1. Géométrie des molécules type AXn96
2. Existence de formules mésomères97
3. Modification des angles de liaison98
IV. La liaison covalente dans le modèle quantique102
1. L'aspect physique de la liaison103
2. L'aspect mathématique : la méthode C.L.O.A103
3. La représentation graphique104
4. L'aspect énergétique105
V. L'hybridation des orbitales atomiques113
1. Combinaison linéaire de 4 orbitales atomiques113
2. Combinaison linéaire de 3 orbitales atomiques116
3. Combinaison linéaire de 2 orbitales atomiques118
4. Autres types d'hybridation119
VI. La liaison métallique120
Exercices d'application121
Chapitre 7
Polarité - Magnétisme - Forces intermoléculaires
I. Moment dipolaire moléculaire123
1. Molécules diatomiques124
2. Molécules poly-atomiques125
3. Moments dipolaires des liaisons126
II. Magnétisme et structure électronique127
1. Diamagnétisme127
2. Paramagnétisme127
3. Propriétés magnétiques des ions128
III. Forces intermoléculaires132
1. Les liaisons de Van der Waals132
2. La liaison hydrogène136
Exercices d'application139
Chapitre 8
Etat solide - Structures cristallines
I. L'état solide141
II. Réseaux cristallins142
1. Réseau ponctuel143
2. Les systèmes cristallins147
3. Grandeurs caractéristiques d'un cristal150
4. Principe de remplissage compact de l'espace152
III. Les différents types de cristaux154
1. Les cristaux métalliques154
2. Les cristaux ioniques163
3. Les cristaux covalents167
4. Les cristaux moléculaires170
Exercices d'application172
Solutions des exercices173
Bibliographie189
Index191