La chimie du bloc-d

Mark Winter, Jacques Coves

Description

Ce livre présente de manière claire et concise quelques concepts de la chimie des éléments du bloc-d (un des aspects les plus originaux de la chimie inorganique). Le contenu peut constituer la base d’un cours universitaire d’introduction à la chimie des métaux de transition.

Sa lecture nécessite peu de connaissances antérieures et donne aux étudiants un aperçu conceptuel clair de la grande variété de complexes de métaux du bloc-d. Le texte est agrémenté de nombreux diagrammes, définitions et structures tridimensionnelles, permettant au lecteur de visualiser ces composés inorganiques importants.

« Le contenu peut constituer la base d’un cours universitaire d’introduction… Sa lecture nécessite peu de connaissances antérieures… »

Sujets

• Sciences expérimentales
• Chimie
• Chimie
• Inorganic
• Sciences et techniques
• Chemistry
• Science

Informations

• Publié par: EDP Sciences
• Date de parution: 08 juin 2017
• Nombre de lectures: 25
• EAN13: 9782759821440
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

D 

BLOC

E N S E I G N E M E N T S U P C H I M I E

Mark J. Winter Traduction : Jacques Covès LA CHIMIE DU

LA CHIMIE DU BLOCD

Original English language edition by

La chimie du blocd

Mark J. Winter

Traduction : Jacques Covès

Original English language edition by

“dBlock Chemistry” was originally published in English in 2015. This transla tion is published by arrangement with Oxford University Press. EDP Sciences is solely responsible for this translation from the original work and Oxford University Press shall have no liability for any errors, omissions or inaccuracies or ambiguities in such translation or for any losses caused by reliance thereon. © Mark J. Winter 2015

Imprimé en France ISBN : 9782759820931 Tous droits de traduction, d’adaptation et de reproduction par tous procédés, réservés pour tous pays. La loi du 11 mars 1957 n’autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de l’article 41, d’une part, que les « copies ou reproductions stric tement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective », et d’autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d’exemple et d’illustration, « toute représentation intégrale, ou partielle, faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est er illicite » (alinéa 1 de l’article 40). Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du code pénal. © EDP Sciences 2017

Thorium 90 Th 232,0

Néodyme 60 Nd 144,2

Lanthane 57 La 138,9

Uranium 92 U 238,0

Europium 63 Eu 152,0

Gadolinium 64 Gd 157,3

Cérium 58 Ce 140,1

Actinium 89 Ac [227,0]

Ce tableau périodique provient de WebElements (webelements.com) et utilise les valeurs de masse atomique de 2013 venant de laCommission on Isotopic Abundances and Atomic Weights(www.ciaaw.org). La masse atomique standard de douze éléments avec deux isotopes stables ou plus varie dans les échantillons terrestres naturels. Pour ces éléments, des intervalles sont donnés avec le symbole [a, b]. Cela indique le jeu de valeurs de masse atomique, A (E), de l’élément E dans des condi r tions normales pour lesquelles a≤A (E)≤masse atomique de l’isotope de l’élément concerné, dont la durée de vie est la plus longue.b. Pour les éléments qui n’ont pas de nucléides stables, la valeur entre crochets, par exemple [209,0], indique la r

Américium 95 Am [243,1]

Curium 96 Cm [247,1]

lanthanides 15 éléments La–Lu

actinides 15 éléments Ac–Lr

Fermium 100 Fm [257,1]

Erbium 68 Er 167,3

Manganèse Fer 25 26 Mn Fe 54,94 55,85 Technétium Ruthénium 43 44 Tc Ru [97,91] 101,1 Rhénium Osmium 75 76 Re Os 186,2 190,2 Bohrium Hassium 107 108 Bh Hs [270,1] [277,1]

Molybdenum 42 Mo 95,96(2)

nom de l’élément numéro atomique symbole chimique masse atomique standard

13

16 17 18 chalcogènes  halogènes gaz nobles

15 pnictogènes

9

8

14

7

6

10

11

Tableau périodique des éléments

12

Néon 10 Ne 20,18

Praséodyme 59 Pr 140,9 Protactinium 91 Pa 231,0

Cobalt 27 Co 58,93 Rhodium 45 Rh 102,9 Iridium 77 Ir 192,2 Meitnerium 109 Mt [276,2]

Holmium 67 Ho 164,9 Einsteinium 99 Es [252,1]

Dysprosium 66 Dy 162,5 Californium 98 Cf [251,1]

Titane Vanadium 22 23 Ti V 47,87 50,94 Zirconium Niobium 40 41 Zr Nb 91,22 92,91 Hafnium Tantale 72 73 Hf Ta 178,5 180,9 Rutherfordium Dubnium 104 105 Rf Db [267,1] [268,1]

 Chrome 24 Cr 52,00 Molybdène 42 Mo 95,95(1) Tungstène 74 W 183,8 Seaborgium 106 Sg [271,1]

Hélium 2 He 4,003

Argon 18 Ar 39,95

Krypton 36 Kr 83,80 Xénon 54 Xe 131,3 Radon 86 Rn [222,0] Oganesson 118 Og [294,2]

Samarium 62 Sm 150,4 Plutonium 94 Pu [244,1]

Bore Carbone Azote Oxygène Fluor 5 6 7 8 9 B C N O F [10,80, 10,82] [12,00, 12,02] [14,00, 14,01] [15,99, 16,00] 19,00 Aluminium Silicium Phosphore Soufre Chlore 13 14 15 16 17 Al Si P S Cl 26,98 [28,08, 28,09] 30,97 [32,05, 32,08] [35,44, 35,46] Gallium Germanium Arsenic Sélénium Brome 31 32 33 34 35 Ga Ge As Se Br 69,72 72,63 74,92 78,97 [79,90, 79,91] Indium Étain Antimoine Tellure Iode 49 50 51 52 53 In Sn Sb Te I 114,8 118,7 121,8 127,6 126,9 Thallium Plomb Bismuth Polonium Astate 81 82 83 84 85 Tl Pb Bi Po At [204,3, 204,4] 207,2 209,0 [209,0] [210,0] Nihonium Flérovium Moscovium Livermorium Tennessine 113 114 115 116 117 Nh Fl Mc Lv Ts [285,2] [289,2] [288,2] [293,2] [294,2]

Prométhium 61 Pm [144,9] Neptunium 93 Np [237,0]

4

5

Terbium 65 Tb 158,9 Berkélium 97 Bk [247,1]

Nickel 28 Ni 58,69 Palladium 46 Pd 106,4 Platine 78 Pt 195,1 Darmstadtium 110 Ds [281,2]

Cuivre Zinc 29 30 Cu Zn 63,55 65,38(2) Argent Cadmium 47 48 Ag Cd 107,9 112,4 Or Mercure 79 80 Au Hg 197,0 200,6 Roentgenium Copernicium 111 112 Rg Cn [282,2] [285,2]

1 2 3 métaux alcalins alcalino- terres rares (sauf H) terreux (Sc, Y, Hydrogène et La-Lu) 1 H [1,007, 1,009] Lithium Béryllium 3 4 Li Be [6,938, 6,997] 9,012 Sodium Magnésium 11 12 Na Mg 22,99 [24,30, 24,31] Potassium Calcium Scandium 19 20 21 K Ca Sc 39,10 40,08 44,96 Rubidium Strontium Yttrium 37 38 39 Rb Sr Y 85,47 87,62 88,91 Césium Baryum Lutécium 55 56 71 Cs Ba Lu 132,9 137,3 175,0 Francium Radium Lawrencium 87 88 103 Fr Ra Lr [223,0] [226,0] [262,1]

Thulium 69 Tm 168,9 Mendélévium 101 Md [258,1]

Ytterbium 70 Yb 173,1 Nobélium 102 No [259,1]

e Avantpropos de la 2 édition anglaise

Ce livre présente de manière claire et concise quelques concepts de la chimie des éléments du blocd (un des aspects les plus originaux de la chimie inorganique). Le contenu peut constituer la base d’un cours universitaire d’introduction à la chimie des métaux du blocd. De nom breux étudiants trouvent que les différents types structuraux adoptés par les complexes métalliques du blocdsont quelque peu déroutants. Nous espérons que le lecteur en viendra à apprécier qu’il y a un certain ordre dans le chaos apparent. L’ensemble est conçu pour l’étudiant plutôt que pour l’enseignant. Ce texte devrait pouvoir prendre une place aux côtés de manuels plus complets. Cette édition contient des corrections par rapport à la première édi tion (anglaise). On y trouvera de nouvelles sections sur la classification des liaisons covalentes pour les complexes du blocdet une nomencla ture de base pour ces mêmes complexes. Je suis heureux de remercier le Cambridge Crystallographic Data Centre pour son aide dans la réalisation de nombreuses images de géo métrie moléculaire. Le Cambridge Crystallographic Data Centre est dé fini dans : F.H. Allen, J.E. Davies, J.J. Galloy, O. Johnson, O. Kennard, C.F. Macrae, E.M. Mitchell, G.F. Mitchell, J.M. Smith, D.G. Watson, Journal of Chemical Information and Computer Sciences, 1991,31, 187. Plusieurs personnes ont émis des critiques constructives pendant la préparation de cette nouvelle édition, en particulier Peter Portius, et je leur en suis grandement reconnaissant. Toutes les erreurs restantes ou idées fausses sont, biensûr, de ma responsabilité.

Sheffield Mars 2015

Mark J. Winter

vii

viii

Avantpropos de la traduction française

Dans cette traduction, la formulationenitalique) est utilisée tout (en au long de cet ouvrage comme abréviation pour le ligand éthylènedia mine (ou 1,2diaminométhane). Cela ne relève que du souci d’éviter la confusion avec l’adverbe et la préposition : en, largement utilisés en français. Il ne s’agit en aucun cas d’un formalisme d’écriture chimique. Cette traduction a bénéficié de la relecture attentive et des cor rections avisées d’Isabelle MichaudSoret, Directrice de Recherche au CNRS, responsable de l’équipe Biomet du Laboratoire de Chimie et Biochimie des Métaux. Je l’en remercie et, comme l’indique l’auteur, d’éventuelles erreurs non relevées seraient à mettre à mon unique débit.

Jacques Covès Grenoble, mars 2017

Sommaire

1.

2.

3.

Introduction 1.1. Le blocdet les éléments de transition 1.2. Distribution des métaux du blocd 1.3. Les métaux du blocddans la nature 1.4. Pierres précieuses 1.5. Quelques observations expérimentales 1.6. Résumé 1.7. Exercices 1.8. Pour aller plus loin

Complexes 2.1. Introduction 2.2. Un modèle simple de liaison : le modèle de Lewis 2.3. Ligands 2.4. Complexes de sphère interne/externe 2.5. Ligands polydentés 2.6. Constantes de stabilité 2.7. Effet chélate 2.8. Le concept d’acides et bases, durs et mous 2.9. Résumé 2.10. Exercices

Forme et isomérisme 3.1. Introduction 3.2. Nombre de coordination 1 3.3. Nombre de coordination 2 3.4. Nombre de coordination 3 3.5. Nombre de coordination 4 3.6. Nombre de coordination 5 3.7. Nombre de coordination 6 3.8. Nombres de coordination plus élevés 3.9. Isomérisme 3.10. Isomérisme constitutionnel 3.11. Stéréoisomérisme 3.12. Résumé 3.13. Exercices

1 1 2 3 5 6 7 7 8

9 9 11 14 16 16 22 23 25 27 27

29 29 30 31 31 32 33 34 35 36 37 39 42 42

i

x

La chimie du blocd

x

4.

5.

6.

Classification des métaux et comptage d’électrons 4.1. Introduction 4.2. Configurations électroniques de valence des métaux neutres 4.3. Nombre d’oxydation et configuration électronique 4.4. Comparaison entre métaux du blocdet métaux du blocf 4.5. Calcul du nombre d’oxydation 4.6. Classification des liaisons covalentes (méthode CBC) 4.7. Comptage d’électrons 4.8. Comptage d’électrons en partant du nombre d’oxydation 4.9. Comptage d’électrons à partir de la méthode CBC 4.10. Audelà de la méthode CBC : classe neutre équivalente 4.11. Résumé 4.12. Exercices 4.13. Référence

Un modèle ionique des complexes métalliques 5.1. Introduction 5.2. La théorie du champ cristallin 5.3. L’effet de deux électrons d’axezsur les orbitalesp 5.4. Description du champ cristallin des complexes octaédriques 5.5. Éclatement du champ cristallin pour les complexes cubiques ML et tétraédriques ML 8 4 5.6. Éclatement du champ cristallin pour les complexes plancarré ML 4 n 5.7. Les configurationsddes complexes octaédriques 5.8. Complexes tétraédriques 5.9. Limitations de la théorie du champ cristallin 5.10. Résumé 5.11. Exercices

Modèles covalents des complexes métalliques 6.1. Introduction 6.2. Un modèle de liaison de valence : six coordinations octaédriques 6.3. L’approche par orbitale moléculaire pour les ligands liés par liaison s 6.4. Autres géométries

43 43

44 45

46 48 49 52

52 54

56 57 57 58

59 59 59 60

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77 80