La chimie dans les grandes écoles et classes scientifiques préparatoires
284 pages
Français

La chimie dans les grandes écoles et classes scientifiques préparatoires , livre ebook

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Description

Cet ouvrage, complet et très clair, conçu pour guider l'étudiant dans son apprentissage de la chimie, est illustré de nombreux exemples pour comprendre et assimiler. Il s'adresse plus spécifiquement aux étudiants du 1er cycle des grandes écoles d'ingénieurs, Ecoles normales supérieures d'enseignement général et technique, facultés de génie industriel, classes préparatoires.

Découvrez toute la collection Harmattan Cameroun !

Sujets

Informations

Publié par
Date de parution 01 janvier 2012
Nombre de lectures 105
EAN13 9782296478084
Langue Français
Poids de l'ouvrage 4 Mo

Informations légales : prix de location à la page 0,0005€. Cette information est donnée uniquement à titre indicatif conformément à la législation en vigueur.

Exrait








LA CHIMIE DANS LES GRANDES ÉCOLES
ET CLASSES SCIENTIFIQUES PRÉPARATOIRES



















Collection « Cours et Manuels »
Harmattan Cameroun

Sous la direction de Roger MONDOUE
et Eric Richard NYITOUEK AMVENE

La plupart des élèves et étudiants africains achèvent leur cycle
d’apprentissage sans avoir accès directement aux sources des savoirs reçus. Les
cours et/ou manuels de leurs enseignants sont alors les seuls ou rares outils
pédagogiques disponibles. Il devient donc urgent de publier et diffuser ces cours
et manuels, afin d’assurer l’accès du plus grand nombre d’apprenants à une
éducation de qualité.
La collection Cours et Manuels est ouverte aux enseignants de toutes les
disciplines de l’enseignement maternel, primaire, secondaire et universitaire,
dont le souci majeur est de relever le niveau d’éducation et de promouvoir le
développement tant escompté sur le sol africain.


Déjà parus


Emire MAGA MONDESIR, Eliezer MANGUELLE DICOUM, Gilbert
MBIANDA, L’indispensable mathématique pour les études en physique.
Premier cycle universitaire. De l’angle au champ, 2011.
François FOTSO, De la pédagogie par objectifs à la pédagogie des
compétences, 2011.
Joseph TANGA ONANA, Dissertation et commentaire en histoire, 2010.
Oscar ASSOUMOU MENYE, Mathématiques financières, outils et
applications, 2010.
Théophile MBANG
Thierry Stéphane NDEM MBANG








LA CHIMIE DANS LES GRANDES ÉCOLES
ET CLASSES SCIENTIFIQUES PRÉPARATOIRES
Atomistique, thermochimie et cinétique chimique




























































© L’Harmattan, 2011
5-7, rue de l’Ecole-Polytechnique, 75005 Paris

http://www.librairieharmattan.com
diffusion.harmattan@wanadoo.fr
harmattan1@wanadoo.fr

ISBN : 978-2-296-55884-7
EAN : 9782296558847
Avant-propos
« Je distingue deux moyens de cultiver les sciences : l’un d’augmenter la
masse des connaissances par des découvertes, et c’est ainsi qu’on mérite le nom
d’inventeur ; l’autre de rapprocher les découvertes et de les ordonner entre
elles, afin que plus d’hommes soient éclairés et que chacun participe, selon sa
portée, à la lumière de son siècle … »
Diderot
Ce livre de chimie, premier d’une série d’ouvrages à paraître, est conforme
au programme des Grandes Écoles et Classes Scientifiques Préparatoires, et
surtout en Sciences de l’Ingénieur. Il est le produit d’une longue expérience
d’enseignants de collèges, Lycées et du supérieur dans les Facultés et Grandes
Écoles. Il présente l’Atomistique, la Thermochimie et la Cinétique Chimique
tout en poursuivant un double objectif :
- Séduire les étudiants en leur proposant des démarches qui s’appuient sur
leur environnement familier, et leur montrer qu’un petit nombre de lois
chimiques permettent d’expliquer des phénomènes très variés.
- Former les étudiants en leur inculquant des connaissances structurées et des
savoir-faire rigoureux sur lesquels pourra s’appuyer l’enseignement scientifique
d’ingénieur et de Master.
Le cours est simple et concis. Un écueil fréquent, auquel se heurtent les
étudiants, consiste à mélanger la description objective des faits scientifiques et
leur interprétation. Soucieux d’enseigner des savoir-faire transférables, nous
avons utilisé une méthode et des techniques auxquelles l’étudiant pourra se
reporter pour réactiver une pratique théorique : comment résoudre un exercice
de chimie.
Il n’existe pas d’enseignement de chimie sans expérimentation, nous avons
donc prévu pour un proche avenir un autre livre, afin d’aider les enseignants sur
des activités expérimentales présentant des travaux pratiques directement
applicables dans les laboratoires.
En ce qui concerne l’évaluation, nous avons prévu des exercices portant sur :
- La simple restitution et l’application directe du cours.
- L’aptitude à reproduire un exercice traité en amphi avec l’aide de
l’enseignant.
- L’aptitude à transférer les connaissances du cours à un problème voisin ou
radicalement nouveau avec utilisation des acquis.
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Cet ouvrage, fort riche, devrait constituer un outil efficace au service des
étudiants et un solide appui à leur formation. Ainsi, les étudiants disposent, en
chimie, d’un outil de travail complet, adapté au rythme soutenu des Grandes
Écoles comme Polytechnique et des Classes Scientifiques Préparatoires. Le
prochain livre s’intitule : « La chimie générale, la chimie minérale et les
mathématiques appliquées à la chimie »
Nous acceptons volontiers les critiques et les suggestions de nos collègues
par l’adresse électronique : mbangtheophile@yahoo.fr. Nous les remercions par
avance.
Quelques conseils pour utiliser ce manuel
Dans ce livre vous trouverez :
- Le cours : il vous permettra de compléter les notes que vous avez prises
en amphi. Lisez-le après avoir étudié le cours de votre enseignant.
- Des exercices : ils présentent trois niveaux de difficultés :
Connaissances essentielles du cours pour vérifier si le cours est connu.
Applications directes du cours : ils sont simples mais ne peuvent être
résolus que si le cours a été assimilé.
Utilisation des acquis : ils sont plus difficiles et nécessitent une démarche
à découvrir.
Comment organiser votre travail ?
- En amphi : soyez attentif et n’utilisez pas votre livre.
- À domicile :
Lisez le cours de votre enseignant ;
Lisez le cours du livre et retenez l’essentiel ;
Faites les exercices donnés pour les Travaux Dirigés ;
Faites quelques exercices corrigés.
La transition entre le Lycée et l’Université est une étape délicate. Il est
évident que la quantité de travail à fournir est importante mais l’élément
essentiel est l’organisation du Travail Personnel de l’Étudiant (TPE).
L’assistance au Cours Magistral (CM) est indispensable. L’étudiant ne doit
pas simplement se limiter à la prise des notes ou même, comme on le constate
parfois, à vérifier que l’enseignant ne s’écarte pas d’un support polycopié ou du
livre. Au contraire, l’étudiant doit s’efforcer de comprendre et de retranscrire les
notes qui intègrent son effort d’assimilation.
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Les cours doivent être retravaillés si possible le jour même. L’étudiant,
lorsqu’il avance dans le cours, doit sans cesse chercher à établir des relations
avec les notions fondamentales abordées au début du cours et les exemples
d’utilisation. Il faut en permanence contrôler le résultat du travail en effectuant
des exercices.
Lors des révisions, il faut d’abord reprendre la partie sur les généralités.
Même si l’étudiant estime que tel ou tel paragraphe ne peut faire directement
l’objet d’une question d’examen, il est certainement utile à la compréhension de
la suite. De plus, l’étudiant ayant déjà appris l’ensemble de ses cours, est mieux
à même de saisir l’intérêt d’éléments fondamentaux.
Ayez toujours en mémoire William James, un des plus brillants
professeurs de psychologie à Harvard, qui a écrit six phrases qui peuvent avoir
une influence considérable sur votre vie d’étudiant et votre vie en général. Six
phrases qui sont comme le « Sésame ouvre-toi » de la caverne dont le trésor est
le courage : « Dans presque tous les domaines, votre passion pour le sujet vous
sauvera. Si vous souhaitez fortement obtenir une chose, vous l’obtiendrez. Si
vous souhaitez être bon, vous serez bon. Si vous désirez être riche, vous serez
riche. Si vous voulez être cultivé, vous serez cultivé. Seulement vous devez
réellement le souhaiter, et le souhaiter exclusivement, sans désirer avec la
même passion cent autres choses qui sont incompatibles ». De même Clarence
B. Randall disait : « Il n’y a rien qu’un être humain, même très occupé, ne
puisse apprendre s’il le veut ». Emerson, quant à lui, pense que : « La peur fait
échouer plus de gens que n’importe quel fléau au monde ». Et le professeur
Robinson de renchérir : « La peur est faite d’ignorance et d’incertitude ». Ainsi,
pour faciliter les choses, il n’y a qu’un moyen pour réussir : La pratique.
Soyez certain d’être récompensé de vos efforts en méditant ces paroles de
William James : « Qu’un jeune n’ait de crainte pour son avenir, quelle que soit
la vie qu’il ait choisie. S’il travaille consciencieusement pendant chaque heure
de la journée, il n’a pas à se soucier du résultat. Il peut être sûr de figurer un
jour parmi les individus les plus compétents de sa génération dans le domaine
de son choix ».

Quelques conseils pour résoudre un exercice
Avant toute chose, vous devez lire l’énoncé de l’exercice jusqu’au bout. Si
vous ne vous souvenez plus de la signification de certains termes, revoyez le
cours précédant ou le dictionnaire.
Selon l’exercice, faites un schéma de l’énoncé et bien écrire l’équation
chimique.
Pour chaque question :
7 x
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- Recherchez les inconnues : « Qu’est-ce que l’on me demande ? »
- les données qui permettent de répondre à la question posée :
« Qu’est-ce que l’on m’a donné ? »
Pour établir une relation littérale entre les données et les inconnues :
- Recherchez dans le cours, les formules et les lois qui s’appliquent à la
question traitée ;
- Associez les lettres habituelles aux grandeurs intervenant dans le
problème : m pour la masse, M pour la masse molaire, etc.
- Établissez une expression littérale de la grandeur recherchée.
Pour effectuer une application numérique :
- Recherchez, si nécessaire, les valeurs numériques indispensables à la
résolution de l’exercice (masses molaires, numéros atomiques, etc.) dans les
tableaux ;
- Dans l’énoncé d’un exercice, les données numériques sont souvent
exprimées avec des unités adaptées au problème traité. Il faut convertir ces
données numériques dans les unités du système international (mètre,
kilogramme…) ;
- Faites le calcul numérique à l’aide d’une calculatrice ;
- Réfléchissez sur la signification d’un résultat en chimie.
Exemple : Les résultats 0,28g et 280mg ont-ils la même signification ? En
mathématique, ces résultats sont égaux. En chimie, ils ont des significations
différentes. Un résultat de mesure n’est pas connu de façon exacte et l’écriture
doit renseigner sur la précision. L’incertitude porte le plus souvent sur le dernier
chiffre exprimé. Ainsi, le résultat 0,28g signifie que l’incertitude, qui porte sur 8
est de l’ordre de 0,01g. De même, l’incertitude sur 280mg, qui porte sur le 0 est
de l’ordre de 1mg. Le résultat 0,28g est exprimé avec deux chiffres significatifs,
le 2 et le 8. En revanche, le résultat 280mg est exprimé avec 3 chiffres
significatifs (2 ; 8 ; 0) un zéro placé seul à gauche de la virgule, n’est pas
considéré comme chiffre significatif. (Voir tableau) :
Nombre de chiffres Ordre de grandeur de
Résultat de la mesure
significatifs l’incertitude
280 mg 3 1mg
0,28g 2 0,01g
1,02g 3 0,01g
0,5g 1 0,1g
3 34,7.10 g 2 0,1.10 g
8 x


- Exprimez le résultat définitif avec le nombre de chiffres significatifs
correspondant à la donnée la moins précise ;
- Écrivez ce résultat sans oublier l’unité ;
- Assurez-vous que le résultat trouvé est vraisemblable.
Exemple : Un atome ne peut pas avoir une masse d’un kilogramme.
Rédigez la solution.
- La solution doit être claire et concise. Évitez les phrases trop longues ;
- Chaque phrase doit correspondre à la seule étape du raisonnement ;
- Éviter les formules du type : « On sait que », « D’après le cours », « Il
est évident que » ;
- Énoncez les lois utilisées en veillant à la qualité de l’expression
(l’orthographe) ;
- Exprimez le résultat en précisant toujours l’unité, soulignez ou
encadrezle.
Bon courage !

Description de l’épreuve et conseils méthodologiques
Information pour l’École Nationale Supérieure Polytechnique de Yaoundé
par exemple :
- La durée de l’épreuve de chimie est de 2 h et l’épreuve comporte quatre
exercices de cinq points chacun. Consacrez 25 min par exercice et réservez 20
min pour la relecture ;
- Pour tous les candidats, l’épreuve écrite se divise en deux parties : le
contrôle continu (CC) qui compte pour 40% et l’examen de fin de semestre
comptant pour 60%. Si un candidat n’a pas plus de 10/20 en fin de semestre, il
repasse l’Unité d’Enseignement (UE) en septembre pour améliorer la note de
l’examen, celle du contrôle continu restant la même.
Conseils méthodologiques
L’épreuve écrite :
- Se préparer tout au long du semestre.
- Le premier exercice à faire à propos d’un chapitre de chimie est
d’apprendre le cours correspondant. De nombreuses questions portent sur les
définitions.
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x
- Faites les exercices au fur et à mesure de l’avancement du cours sans
attendre le Contrôle Continu (CC) ou pire la fin du semestre…
- Lorsque vous voudrez traiter un exercice, commencez par lire
attentivement son énoncé dans la totalité. Il contient des données, des
définitions voire des indications, qui pourront vous mettre sur la voie de sa
résolution. La réponse à une question se trouve parfois dans la suite du
texte…N’hésitez pas à souligner ce qui vous paraît important dans l’énoncé.
- Cherchez toujours, par vous-même, les exercices proposés par votre
enseignant. Assister à une correction pour seulement recopier les bonnes
réponses n’est pas formateur. De plus, vous aurez très certainement des
questions à poser.
- De retour à la maison ou pour réviser un Contrôle Continu, ne vous
contentez pas de lire les corrections des exercices : il faut les étudier, les refaire
vous-même. Travaillez-les avec une feuille de papier et un stylo à la main.
Ayez, à propos du corrigé d’un exercice, trois niveaux de travail :
Le premier concerne, évidemment, la solution proprement dite, les
calculs.
Le deuxième consiste à en faire ressortir la méthode de résolution pour
pouvoir l’utiliser à nouveau dans d’autres exercices du même type.
Le troisième enfin, loin d’être négligeable, concerne la rédaction de la
solution.
Comment bien rédiger une solution ?
Ne recopier ni l’énoncé, ni les questions.
Utilisez la numérotation de l’énoncé et écrivez lisiblement.
Faites aussi souvent que possible des schémas soignés qui vous
faciliteront la résolution des exercices.
Écrivez et équilibrez les équations stœchiométriques.
Utilisez les notations de l’énoncé et précisez celles que vous employez si
elles ne sont pas imposées par le texte.
Rédigez votre réponse, sans faire une paraphrase de l’énoncé, en
détaillant votre raisonnement.
Essayez de mener les calculs littéralement, puis faites l’application
numérique. Encadrez l’expression littérale et soulignez le résultat numérique.
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Évitez les calculs intermédiaires s’ils ne sont pas nécessaires et, le cas
échéant, reprenez une valeur non arrondie conservée dans votre calculatrice
pour faire le calcul suivant.
Arrondissez vos résultats en conservant autant de chiffres significatifs
que la donnée la moins précise.
Ayez l’esprit critique, et interrogez-vous toujours sur la vraisemblance de
vos résultats numériques.
Faites attention aux unités : c’est un bon moyen pour éviter de trouver un
résultat numérique faux, et n’oubliez pas de toujours préciser l’unité d’un
résultat s’il en a une.
Enfin, n’hésitez pas à mettre en avant vos connaissances personnelles et
votre sens du concret.
Le jour de l’épreuve écrite
Munissez-vous de votre calculatrice ainsi que de votre matériel de dessin
(règles, crayons, compas…).
Consacrez une nouvelle page à chacun des exercices.

MOMENTO
1. Unités usuelles en chimie
3 -3 3 Volume : litre (L) ; 1mL=1cm =10 L et 1L=1dm
Masse : gramme (g)
Quantité de matière : mole (mol)
-1 Masse molaire : gramme par mole (g.mol )
-1
Concentration molaire : mole par litre (mol.L )
-1 Concentration massique : gramme par litre (g.L )
-3 Masse volumique : gramme par centimètre cube (g.cm )
-3 -3 -3 -1avec 1kg.m = 10 g.cm = 1g.L
-1 -1 Vitesse volumique de réaction : mole par litre par seconde (mol.L .s )
Conductance : siemens (S)
2 -1 Conductivité molaire : siemens-mètre carré par mole (S.m .mol )
11 x
x
U
x

x
@
>
x
>
@
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x


U
U
x


U
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2. Quantité de matière d’une espèce chimique
mx
nx
Mx
lorsque x est dissout en solution : n(x) = [x].V solution
Vx
lorsque x est un gaz : nx
Vm
3. Masse volumique ρ et densité d corps corps
mcorps
corps Vcorps
corps
pour les solides et les liquides : d corps
eau
1Men .gmolcorpscorps
pour les gaz : d corps 129 en .g molair
4. Quotient de réaction et constante d’équilibre
Soit la réaction d’équation aA + bB = cC + dD
cd
CD>@
Quotient de réaction : Q r ab
AB>@ >@
cd
CD>@
éq éq
Constante d’équilibre de la réaction K
ab
AB>@ >@
éq éq
NB : En solution aqueuse, si l’un des composés est de l’eau ou une espèce
non dissoute, sa concentration n’apparaît ni dans Q ni dans K. r
5. Réactions acido-basiques
+ - -14 Produit ionique de l’eau à 25°C ; K = [H O ] .[OH ] =10 e 3 éq éq
+ -Car 2H O = H O + OH 2 3
��HO A3- éq éq -Pka Constante d’acidité d’un couple HA/A ; K 10a
>@AH
éq
pH = - log ��HO 3 éq
12 x
x
x
x

x
x
x
x
pk = - log K
��A éq
pH = pk + log . a
AH>@
éq
Constantes fondamentales
-1 8 -1 Vitesse de la lumière dans le vide c = 299792458 m.s c ≈ 3.10 m.s
-19Charge élémentaire e = 1,60217733.10 C
23 -1Constante d’Avogadro N = 6,0221367.10 mol . A
Valeurs utiles
-31
Masse de l’électron m = 9,1093897.10 kg e
-27 Masse du proton m = 1,676231.10 kg p
-27 Masse du neutron m = 1,67749286.10 kg. n
Puissances de 10
12 6 3 210 = giga ; 10 = méga ; 10 = kilo ; 10 = hecto ; 10 = déca
-1 -2 -3 -610 = déci ; 10 = centi ; 10 = milli ; 10 = micro
-9 -12 -1510 = nano ; 10 = pico ; 10 = femto.

Quel est le rôle du livre ?
Le livre est très important car il apporte un appui au Cours Magistral (CM),
aux Travaux Dirigés (TD), aux Travaux Pratiques (TP) et au Travail Personnel
de l’Étudiant (TPE) :
1- Il aide le cours magistral en mettant, à tout moment, sous les yeux
l’ensemble des notions. Il permet de revoir certaines questions et de mieux les
comprendre par une rédaction différente de l’exposé oral. Il fournit des
compléments qui, pour être secondaires, n’en sont pas moins intéressants car
« tout ne peut pas passer par la bouche de l’enseignant ».
2- Il aide aux travaux dirigés en fournissant une base précise d’étude mais
aussi de discussions.
3- Il aide aux travaux pratiques parce qu’il fournit à la fin, la trame générale
et les renseignements sur les réactions chimiques et les corps.
4- Enfin, le livre lui fournit une matière pour son travail personnel, une
documentation qui peut servir non seulement en chimie mais dans les autres
disciplines.
13 Maintenant, quelques conseils pratiques : les étudiants ont intérêt à prévoir
assez rapidement le temps hebdomadaire qu’ils peuvent et veulent consacrer à
une discipline. Dans notre cas, un travail personnel de deux heures, quatre
heures environ semble raisonnable. On commencera par lire les notes du cours
magistral ou le livre en écrivant les formules, les équations et refaisant
éventuellement les calculs et les schémas. On se posera sans cesse des questions
sur l’origine des hypothèses, sur les conséquences des propriétés, en s’aidant
des exercices déjà corrigés dans le livre ou lors des travaux dirigés. Une lecture
attentive et active prend facilement deux heures. Alors l’étudiant fermera son
livre et se posera la question : « Qu’ai-je lu ? » Il essaiera de retrouver
l’essentiel de la question, les étapes des raisonnements à l’aide de l’intelligence,
de l’imagination et de la mémoire. Cet exercice pénible au début, est
particulièrement profitable et formateur.
Quelques jours après, on reverra rapidement les notions essentielles et on
s’attaquera aux questions de cours et exercices. À ce stade, le travail collectif et
les discussions avec les camarades sont particulièrement utiles. On terminera en
résumant brièvement la question avec le plan, quelques phrases sur les idées
essentielles, des diagrammes personnels. On ne retient bien que ce que l’on a
résumé soi-même.
Les révisions doivent être entreprises périodiquement en suivant le rythme
des TD, CC et examens.
Quant aux exercices de TD, CC et examens, il n’existe pas, non plus de
recette miracle pour les résoudre. Il faut d’abord connaître les notions
correspondantes, ensuite bien comprendre l’énoncé en le relisant attentivement.
“De quoi s’agit-il ?” ; “Qu’est ce qu’on nous demande ? ” La réponse à
cette question est loin d’être toujours évidente, mais oriente la recherche dans la
bonne direction.
Un exercice est généralement la schématisation d’une expérience ou une
série d’expériences relatives à un phénomène. Il faut se mettre dans l’état
d’esprit de l’expérimentateur. On perçoit l’intérêt de l’expérience acquise aux
travaux pratiques dans ce travail. L’étudiant ne se « lancera » dans les calculs
qu’après avoir bien imaginé le phénomène chimique, réfléchi à la méthode et
choisi les grandeurs inconnues.
Il est préférable d’avoir « la tête bien faite que bien pleine » nous dit
Montaigne.
Il ne semble pas exister, en matière de travail intellectuel comme d’ailleurs
dans les activités de la vie, une recette merveilleuse permettant de comprendre,
de retenir, finalement de réussir sans passer du temps à prendre de la peine. Il y
a seulement des méthodes de travail plus ou moins pénibles, intelligentes et
efficaces. En ce qui concerne ces méthodes, un minimum d’organisation permet
14 d’accroître le rendement correspondant à un effort donné et à un avancement
d’étude. Un étudiant, placé dans des conditions normales de scolarité, a intérêt,
nous semble-t-il, à consacrer d’abord son effort au travail personnel dans les
voies qui l’intéressent particulièrement.
Le cours magistral est irremplaçable pour apprendre facilement, rapidement
et même agréablement, les notions qu’il faut acquérir et dominer dans le
minimum de temps. On comprend en écoutant un exposé vivant au cours duquel
l’auditeur fait, par ailleurs travailler simultanément trois formes de la mémoire :
L’auditive, la visuelle et la motrice s’il prend des notes.
Les travaux dirigés constituent au même titre, un exercice précieux, grâce à
la confrontation collective.
Les sciences étant essentiellement objectives, l’étudiant a ainsi le moyen de
vérifier si l’image qu’il s’est faite des théories et des faits correspond à la
réalité.
Les travaux pratiques sont eux aussi absolument indispensables.
La culture scientifique et l’habitude d’apprendre permettront toujours
l’adaptation nécessaire.
L’étudiant doit connaître l’intérêt de bien rédiger la solution d’un exercice
car c’est une étape importante de la recherche, puisqu’il s’agit maintenant de
communiquer sa pensée au lecteur. La rédaction doit être brève, claire et précise
dans le fond et soignée dans la forme et la présentation. Cet exercice de
rédaction est la préfiguration des rapports écrits qu’il fera dans l’exercice de sa
profession.
Ainsi, l’étudiant qui a travaillé consciencieusement, en exerçant
constamment sa mémoire et son esprit de raisonnement est assuré du succès
dans ses Unités d’Enseignement (UE) en fin de chaque semestre. Les CC, les
examens de fin de semestre et les concours seront considérés dans un esprit
sportif comme un “match” qui a été préparé soigneusement. S’il organise
intelligemment son travail et respecte une discipline, l’étudiant pourra alors
progresser dans toutes les matières (UE) en gérant au mieux son temps et ses
efforts, principale condition de la réussite.
re eC’est le reflet de l’évolution des habitudes de travail des étudiants de 1 et 2
années des Grandes Écoles d’ingénieurs, Facultés et des Classes Scientifiques
Préparatoires qui nous a poussés à écrire ce livre. Le cours comprend les
définitions et les notions explicatives essentielles pour une assimilation rapide
et une mémorisation facile. Chaque nouvelle notion est accompagnée d’un
exercice d’application corrigé et expliqué.
15 x
x
x
Les méthodes que nous proposons dans le livre constituent la principale
innovation car nous sommes conscients de la difficulté que représente le
réinvestissement de nouveaux savoirs.
Les exercices proposés sont de trois types :
QCM / Vrai ou Faux : une bonne connaissance du cours suffit pour
répondre aux questions.
Application directe du cours.
Approfondissement. Il s’agit souvent d’un extrait d’un problème de
concours ou examens récents.
Ainsi, les étudiants des Grandes Écoles et des Classes Scientifiques
Préparatoires disposent, en chimie, d’un outil de travail complet, adapté au
re erythme progressif et soutenu des 1 et 2 années de l’enseignement supérieur.
Un cours complet et facile à lire auquel vous pouvez vous rapportez à
chaque instant.

Bravo !
Les auteurs de la chimie dans les Grandes Écoles et Classes Scientifiques
Préparatoires.

16









PREMIERE PARTIE

ATOMISTIQUE ET RADIOACTIVITE



1.

Structure atomique de la matière et radioactivité
1.1. Structure atomique de la matière
Les conceptions sur l’atome ont évolué et pris la forme d’un certain nombre
de modèles (Dalton, Rutherford, Bohr…), chacun conçu pour expliquer les faits
expérimentaux connus à une époque. Un modèle nouveau devient nécessaire
lorsque des faits nouveaux ne peuvent pas être expliqués par le modèle
jusqu’alors accepté. Cependant un modèle ne se substitue jamais à un autre ; il
l’englobe, le complète et l’affine.
Et il n’est pas interdit d’utiliser un modèle par ailleurs dépassé, s’il suffit à
expliquer les faits auxquels on s’intéresse : le modèle de Rutherford rend
parfaitement compte de l’isotopie ; le modèle de Bohr et celui de la liaison
chimique expliquent parfaitement de nombreux faits chimiques.
L’important est de connaître, et ne pas perdre de vue, les limites de la
signification du modèle que l’on utilise et de savoir qu’aucun modèle n’est
définitif.
1.1.1. Naissance de la théorie atomique moderne : le modèle de Dalton
eLa théorie atomique date du 19 siècle. L’expérience montre que la matière
peut être fragmentée (solides broyés, réduits en poudre très fine, liquides
pulvérisés en petites gouttelettes), elle peut aussi se disperser (odeur, coloration
d’un liquide) et atteindre un stade où l’on arriverait à des particules insécables.
Dalton a montré que les lois de Lavoisier (loi de conservation de la matière),
de Proust (loi des proportions définies) et celle qui porte son nom (loi des
proportions multiples), s’interprètent si l’on admet que la matière est formée
d’atomes.
La loi des proportions définies est le fait que le rapport entre les masses de
chaque réactif qui ont été consommées dans la réaction est constant.
La loi des proportions multiples est basée sur le fait que des corps peuvent se
combiner dans plusieurs proportions pour donner des produits différents (CO,
CO ) ; dans ce cas, les masses de l’un des constituants s’unissant à une même 2
masse de l’autre sont toujours dans le rapport de nombres entiers simples
(masses de O sont dans le rapport de 1 à 2).
Les lois quantitatives de Lavoisier, Proust et Dalton (appelées aussi lois
repondérales de la chimie) ont introduit pour la 1 fois l’idée d’une discontinuité
dans les quantités de matière pouvant participer à une réaction.
19


x
x
x

x
Les manifestations énergétiques des réactions montrent qu’il y a un rapport
entre matière et énergie. La plupart des réactions s’accompagnent d’une
libération d’énergie.
Pratiquement, une réaction n’est observable, et surtout utilisable, que si elle
s’effectue avec une vitesse convenable (ni trop grande, ni trop faible). Le temps
s’introduit alors comme un facteur important.
Dans le modèle de Dalton, les atomes sont des particules simples,
infractionnables et indestructibles et correspondent chacune à un élément
chimique.
Les divers corps qui constituent la matière sont formés par la combinaison
d’un certain nombre d’atomes pour constituer des molécules. Et une réaction est
un réarrangement des atomes présents dans les réactifs.
La plus petite quantité d’un élément qui puisse être échangée au cours d’une
réaction chimique correspond à un atome de cet élément.
Conclusion
La capacité explicative du modèle de Dalton est limitée : il ne permet pas
d’expliquer ce qui détermine la proportion dans laquelle les éléments s’unissent
(CO et non C O ou C O) ; il n’explique pas non plus pourquoi certains 2 2 3
éléments ont un caractère métallique et d’autres non.
1.1.2. La découverte des particules fondamentales
1.1.2.1. Découverte de l’électron
Expérience des rayons cathodiques (flux de particules)
3 UV10 /cm
E
fluorescence du verre
cathode
rayons cahodiques vers la pompe à viderayons cathodiques

20 1


1









x

x
Observation
0,01ddpa0,1tm : Une luminescence du gaz entre les électrodes ;
pa0,01tm : Le gaz reste inerte mais il y a fluorescence du verre à
l’opposé de l’électrode négative.
Interprétation
La fluorescence du verre est due à l’impact sur le verre de rayons invisibles
issus de la cathode (rayons cathodiques).
Jean Perrin a montré qu’il ne s’agit pas d’un rayonnement mais d’un flux de
particules d’électricité négative, appelées électrons.
qe
Joseph Thomson a pu déterminer le rapport . Quelques années plus tard,
me
Robert Mulliken 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 ; toute charge électrique ne peut avoir
comme valeur absolue qu’un multiple entier de celle de l’électron.
31m 9,11.10 kg 0,00055u.m.a. e
19q e e 1,6.10 C .
1 121 u.m.a. = de la masse du nucléide C 6
12
1 12 1 1 1 23= . = .10 g
2312 6,02.10 6,02
23 27 0,166.10gk1,66.10g .
-271 u.m.a = 1,66.10 kg
21


x

D
x
D

D
D
x
1.1.2.2. Découverte des noyaux et nucléons
Expérience de Lord Ernest Rutherford (1911)
feuille d'or
polonium
1
2
4 3
faisceaux de Les noyaux ont une écran fluorescent
masse importanteparticules déviation de

42
He He 2
Interprétation
La masse de la matière est concentrée dans des particules très distantes les
unes des autres et chargées positivement : les noyaux des atomes.
19qe 1,602.10CP
Les protons :
27mk 1,6724.10g 1,00726umaP
q 0N
Les neutrons :
27mm 1,67.10 kgNP
Les protons et les neutrons sont des nucléons.
NB :
La structure du noyau est beaucoup plus complexe car on y retrouve un très
grand nombre d’autres particules plus ou moins stables et d’autres particules
seront clairement mises en évidence plus tard (positron ou électron positif,
-19 3q = +e = +1,6.10 C ; triton ou tritium H ; antiproton, mésons, neutrino,
2hélion ( ), deuton ou deutérium H).
22

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