Concepts fondamentaux

Question 1

Quelles sont les applications de la chimie inorganique (8)?

Answer 1

• Biologie
• Médecine
• Pharmaceutique
• Environnement
• Géologie
• Physique
• Astronomie
• Matériaux

Question 2

Que sont les zéolithes?

Answer 2

Ce sont des molécules formées de trous de certaines grosseurs pouvant être utilisées comme tamis moléculaires.
Ce sont des Alumino-silicates naturels de formule : Mx[(AlO₂)𝗒(SiO₂)𝑧]*mH₂O où M=Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Ba²⁺

Question 3

Quels sont les 3 types de zéolithes?

Answer 3

• Sodalite (diamètre = 2,6 Å, Forme = cube)
• Faujasite (diamètre = 7,4 Å, Forme = Hexagone)
• Zéolithe A (diamètre = 4,1 Å, Forme = Cube quadruple)

Question 4

Quels sont les 4 applications principales des zéolithes?

Answer 4

• Échange d’ions
• Fixation des cations
• Adsorption de l’eau
• Catalyse

Question 5

Nommez 6 utilisations plus spécifique des zéolithes.

Answer 5

• La zéolithe A est utilisée pour le séchage de fluides: Fixation de l’eau jusqu’à saturation, régénérable par simple chauffage (300°C)
• La séparation des hydrocarbures: élimination des paraffines d’un mélange d’hydrocarbures, séparation d’oléfines d’autres hydrocarbures
• Purification des fluides : La dépollution des gaz naturels et industriels (Élimination des vapeur de mercure, NOx , SOx)
• Purification de l’air avant liquéfaction : Enrichissement d’air en oxygène
• Système de stockage des gaz : H₂, CH₄ pénètrent dans les cages des zéolithes A sous conditions de température et pression élevées et y restent jusqu’à température ambiante
• Système de stockage dans l’industrie nucléaire: Les zéolithes Sodalite permettent de stocker le ⁸⁵Kr radioactif

Question 6

Quel est le principe du modèle de l’atome de Dalton?

Answer 6

Les atomes sont considérés comme des particules simples, infractionnables et indestructibles. Il en existe de diverse sortes, qui se différencient par leur masse et qui correspondent chacune à des éléments chimiques, représenté par un symbole (H pour l’hydrogène, C pour le carbone…)

Question 7

Qu’à démontrer Dalton?

Answer 7

Il a montré que les lois de Lavoisier (conservation de la matière) et de Proust (loi des proportions définies) s’interprètent très simplement si l’on admet que la matière est formée d’atomes.

Question 8

Selon Dalton, de quoi sont formés les espèces chimiques?

Answer 8

Par la combinaison d’un certains nombre d’atomes pour constituer une molécule. Une formule peut donc être attribuée à chaque molécule, elle indique la nature et le nombre des atomes qui la composent

Question 9

Que permet le modèle de Dalton?

Answer 9

Permet de faire un inventaire rapide relié aux lois quantitatives des réactions chimiques. C’est une vision qui considère une réaction comme un réarrangement d’atomes, dans une distribution différente.

Question 10

Quelle est l’hypothèse du modèle de Dalton?

Answer 10

La plus petite quantité d’un élément échangeable lors d’un réaction chimique correspond à un atome de cet élément. Toute quantité d’un élément échangée correspond à un nombre entier d’atomes

Question 11

Qui a découvert l’existence de l’électron?

Answer 11

Jean Perrin (1870-1942) lors de son expérience utilisant une ampoule à vide et deux électrodes

Question 12

En quoi consiste l’expérience de Jean Perrin?

Answer 12

Si on applique une forte différence de potentiel (∼1000 V/cm) entre deux électrodes métalliques placées aux extrémités d’une ampoule de verre contenant un gaz et dans laquelle on peut progressivement réduire la pression, on observe deux types de phénomènes et dont l a tiré la conclusion qu’il s’agit d’un flux de particules de charges électriques négatives

Question 13

Quels sont les deux phénomènes observés dans l’expérience de Jean Perrin?

Answer 13

Si la pression appliquée dans l’ampoule est entre 0,01 et 0,1 atm, il se produit dans le gaz, entre les électrodes, une luminescence (technique utilisée dans les enseignes lumineuses «au néon» et divers dispositifs d’éclairage)
Si la pression appliquée dans l’ampoule est en-dessous de 0,01 atm, le gaz reste obscure, mais le verre de l’ampoule devient fluorescent à l’opposé de la cathode. Cette fluorescence est due à l’impact des rayons cathodiques sur le verre

Question 14

Après l’expérience de Jean Perrin, qu’a déterminé Joseph Thomson?

Answer 14

Il a pu déterminé la valeur du rapport Charge/Masse des électrons, et montrer qu’il est le même quel que soit le gaz de l’ampoule ou le métal de la cathode.

Question 15

Qu’a découvert Robert Millikan?

Answer 15

Il a pu déterminer la valeur de la charge de l’électron en étudiant les mouvements de gouttelettes d’huile électrisées entre les armatures d’un condensateur horizontal. La valeur absolue de cette charge représente la plus petite charge électrique qui puisse exister

Question 16

Où réside la masse de l’atome?

Answer 16

Dans le noyau

Question 17

Quelle est la contrepartie de la charge négative des électrons, puisque la matière est globalement neutre?

Answer 17

Les protons chargés positivement de même grandeur que les électrons

Question 18

Qui découvre le noyau atomique?

Answer 18

Lord Ernest Rutherford découvre le noyau atomique à la suite d’une expérience qui consiste à envoyer sur une très mince feuille d’or un faisceau de particule 𝑎 (émises par le polonium) et à observer ce qu’elles deviennent

Question 19

Quelles observations Rutherford obtient-il de son expérience?

Answer 19

• La plupart des particules 𝑎 émises par le polonium traversent sans déviation la feuille d’or et produisent un impact sur un écran fluorescent
• De la même manière, on s’aperçoit que certaines particules sont fortement déviées en traversant la feuille d’or
• Enfin, certaines particules sont renvoyées en arrière (beaucoup d’espace vide sur l’écran)

Question 20

Quelle conclusion Rutherford tire-t-il de son expérience?

Answer 20

Cette expérience montre que la matière de la feuille d’or est concentrée dans des particules (noyaux) laissant entre elles du vide

Question 21

De quelles particules est constitué le noyau atomique?

Answer 21

• Les protons portant un charge électrique positive +ℯ et de masse sensiblement égale à 1 dans l’échelle des masses atomiques relatives
• Les neutrons, non chargés électriquement et de masse très voisine de celle des protons

Question 22

Le schéma de Rutherford suggère qu’il n’y a pas véritablement de choc entre les particules 𝑎 déviées et les noyaux du métal chargé positivement, mais que les trajectoires sont modifiées lorsque les particules 𝑎 arrivent à proximité du noyau.. Comment pourrait-on expliquer cela?

Answer 22

On suggérer que les particules 𝑎 sont elles-mêmes chargées positivement. Ce qui implique qu’à courtes distances, les forces de répulsions entre les particules 𝑎 et les noyaux positifs deviennent suffisamment importantes pour empêcher la collision

Question 23

De quelles particules est constituer le nucléon?

Answer 23

D’un proton et d’un neutron

Question 24

Qu’est-e que nucléide?

Answer 24

Un type d’atome caractérisé par les valeurs des deux nombres Z (protons ou électrons) et de A (A=Z+N). Un couple de ces deux valeurs définit un nucléide (c’est l’atome avec son numéro atomique et sa masse)

Question 25

Qu’est-ce qu’un élément?

Answer 25

Chaque valeur du numéro atomique Z définit un élément. Un élément est l’ensemble des atomes et des ions ayant le même numéro atomique. Deux atomes, ou deux ions, appartiennent au même élément dès lors qu’ils ont le même numéro atomique Z (même nombre de protons), même s’ils diffèrent par les nombre N et A (isotopes)

Question 26

Qu’est-ce qu’un corps simple?

Answer 26

(Appelés aussi corps purs élémentaires), les corps simples sont constitués d’un seul élément. Ex : Ar, Ne (gaz rares ou atomes indépendants) ou O₂, O₃, N₂ (molécules homo…)

Question 27

Qu’est-ce qu’un corps composé?

Answer 27

Les corps composés sont constitués par l’association d’éléments différents. Ex: H₂O, NH₃, C₆H₁₂O₆…

Question 28

En quoi consiste le modèle de Bohr?

Answer 28

Selon la théorie classique de l’électromagnétisme, si une charge électrique est soumise à une accélération, il y a une émission d’un rayonnement électromagnétique. Or, le mouvement d’un électron autour du noyau ne provoque pas forcément de rayonnement

Question 29

Quelles sont les caractéristiques (6) du modèle de Bohr?

Answer 29

• L’énergie de l’électron est quantifiée, c’est-à-dire qu’elle ne peut prendre que certaines valeurs déterminées, appelées niveaux d’énergie
• À chacune des valeurs possibles pour l’énergie d’un électron correspond une trajectoire circulaire stable, sur laquelle l’électron ne «rayonne» pas et ne perd donc pas d’énergie, et présente une distance noyau-électron plus ou moins constante (orbitales)
• Les changements d’énergie d’un électron ne peuvent s’effectuer que par des sauts discontinus d’un niveau à un autre. On appelle ces sauts des transitions. Si la variation d’énergie associée à une transition est ∆E, la fréquence du rayonnement absorbé ou émis est définie par la relation ∆E = h*𝑣
• En absence d’une excitation extérieure, un électron se trouve en permanence sur le niveau d’énergie le plus bas possible. Si tous les électrons d’un atome sont à leur plus bas niveau d’énergie possible, l’atome est dans l’état fondamental, sinon il est dans un état excité
• Puisque les électrons sont normalement au niveau d’énergie le plus bas possible, ils ne peuvent pas perdre de l’énergie. L’émission d’un rayonnement ne peut donc pas avoir lieu que s’il y a une excitation (apport d’énergie)
• Seul un rayonnement dont la fréquence satisfait à la relation ∆E = h*𝑣 pour l’une des transitions possibles peut échanger de l’énergie avec l’atome

Question 30

Quels sont les quatre nombres quantiques?

Answer 30

L’état d’un électron dans un atome est défini par les valeurs de quatre paramètres qui sont les quatre nombre quantiques n, l, m et s

Question 31

Définir les quatre nombre quantiques.

Answer 31

• n est le nombre quantique principal dont les valeurs possibles sont les entiers plus grands que 1 (n ≥ 1)
• l est le nombre quantique secondaire (ou azimutal) dont les valeurs possibles sont les entiers entre 0 et n-1 (0 ≤ l ≤ (n-1))
• m est le nombre quantique magnétique dont les valeurs possibles sont les nombres entiers entre -L et +L (-L ≤ m ≤ +L)
• s correspond au spin nucléaire de l’électron dont les valeurs peuvent être +1/2 ou -1/2

Question 32

Qu’est-ce qu’un isotope?

Answer 32

On appelle isotope d’un élément des nucléides qui possèdent le même nombre de protons (même valeur de Z, définissant leur appartenance au même élément), mais un nombre différent de neutrons, leurs nombres de masse A est dont aussi différents (Ex: 14-C, 13-C, 12-C)

Question 33

En quoi consiste l’échelle relative des masses atomiques?

Answer 33

La caractéristique essentielle d’un atome est son numéro atomique Z, mais sa masse, bien qu’elle ne définisse pas son identité, est aussi un caractère important. En effet, elle rentre en ligne de compte dans les aspects quantitatifs de la relativité. C’est pourquoi on a attribuer arbitrairement la masse exacte de 12 au Carbone.

Question 34

Comment déterminer la masse atomique de façon chimique?

Answer 34

Les massez atomiques des éléments ont été déterminées les unes après les autres, en fonction des résultats de corps composés. Supposons que, connaissant celle du carbone (12,01) on veuille déterminer celle de l’oxygène.
On utilise les proportions des atomes au sein de la molécule et on les compares à la masse relative du carbone pour déterminer les masses des autres constituants

Question 35

Comment déterminer la masse atomique de façon physique?

Answer 35

Par spectrométrie de masse (Être en mesure de dessiner et d’expliquer le fonctionnement d’un spectromètre de masse) Voir diapo 42

Question 36

Quelles classifications a-t-il été faites sur les éléments chimiques et en quelles années?

Answer 36

1830-1850: Observation des éléments présentant des propriétés analogues. Ex: Les halogènes, les alcalins…
Vers 1860: Rangement des éléments par ordre croissant de leur masse atomique permet d’observer une périodicité dans leurs propriétés (Tableau périodique)
Par la suite, observation de propriétés liées aux rayons atomiques, l’énergie d’ionisation ou le nombre de liaisons que l’élément peut former avec les autres atomes…

Question 37

Qui a classé les éléments en tableau périodique?

Answer 37

Dérivation de la classification de Mendeleiev

Question 38

Vrai ou Faux: Le caractère métallique diminue de droite à gauche dans le tableau périodique.

Answer 38

Faux: Diminue de gauche à droite

Question 39

En quoi consiste la règle de Sanderson?

Answer 39

C’est une méthode pour déterminer si un élément appartient à la famille des métaux : un élément est considéré comme un métal si le nombre de ses électrons sur la couche de valence est inférieur ou égal au numéro de la période à laquelle il se trouve

Question 40

Quelles sont les deux exceptions à la règle de Sanderson et pourquoi sont-ils des exceptions?

Answer 40

L’hydrogène (H, Z=1) et le Germanium (Ge, Z=32), les deux respectent la règle, amis ne sont pas des métaux puisqu’on connaît leur propriétés et qu’elles ne correspondent pas à celles des métaux.

Question 41

Quelles règles permettent de déterminer la configuration électronique d’un atome (2) et quels sont leur avantages?

Answer 41

• La règle de Klechkowski: Permet d’avoir sans ambiguïté la configuration électronique d’un élément excepté les entorses à la règle (Z = 57 et 89)
• Directement le tableau périodique divisé en bloc s, p, d et f : Permet l’accès direct de la couche de valence, c’est-à-dire n le plus élevé dans l’état fondamental

Question 42

Quelle sont les deux façons d’écrire la configuration électronique d’un atome?

Answer 42

En écrivant tout simplement toutes les cases des électrons à partir du noyau en passant par les orbitales s, p, d et f
En écrivant entre [ ] le dernier Gaz rare et en complétant jusqu’au numéro de l’atome avec les orbitales s, p, d et f

Question 43

En quoi consiste le rayon de Van Der Waals?

Answer 43

Le rayon de Van Der Waals d’un élément est la moitié de la distance minimale à laquelle peuvent se rapprocher deux atomes de cet élément quant ils ne se lient pas
Il mesure l’encombrement d’un atome vis-à-vis de ceux qui peuvent s’approcher de lui
Rvdw = d₁/2 (Voir diapo 50)

Question 44

En quoi consiste le rayon de covalence?

Answer 44

Lorsque deux atomes se lient pour former une molécule, leurs couches électroniques externes s’interpénètrent et la distance entre leurs noyaux devient inférieur à la somme de leur rayons de Van Der Waals.
On appelle rayon de covalence d’un élément la moitié de la distance entre les noyaux de deux atomes de cet élément liés dans la molécule du corps simple correspondant (R = d₂/2)