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Chimie MPSI

De
288 pages

L'enseignement de chimie de la filière MPSI abordé en un seul volume, sous la forme d'un cours clair et concis. Des pages de méthode et des exercices corrigés, variés et progressifs, permettent un entraînement et une préparation efficaces.

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4
Sommaire
PARTIE1
LECTUREDELACLASSIFICATIONPÉRIODIQUE
Chapitre 1..........................La classification périodique
PARTIE2
CINÉTIQUEDESSYSTÈMESCHIMIQUES
Chapitre 2Cinétique des systèmes chimiques ..............
Chapitre 3Mécanismes réactionnels en cinétique homogène .......................................................
PARTIE3
RÉACTIONSENSOLUTIONAQUEUSE
Chapitre 4Réactions acidebase, de complexation et de précipitation..........................................
Chapitre 5Les réactions doxydoréduction ...................
PARTIE4
ARCHITECTUREDELAMATIÈRE
Chapitre 6Configuration électronique des atomes ......
Chapitre 7Structures électronique et géométrique des molécules .................................................
9
23
57
87
119
147
171
Chapitre 8Structure et organisation de la matière condensée : cristaux métalliques ................
Chapitre 9Cristaux ioniques, moléculaires et covalents ...................................................
PARTIE5
THERMODYNAMIQUEDESSYSTÈMESCHIMIQUES
Chapitre 10...................................Chaleurs de réaction
ANNEXES
Annexe 1...................................La liaison dhydrogène
Annexe 2Constantes dacidité de quelques couples acidebase .......................................................
Annexe 3Produits de solubilité de quelques sels peu solubles ....................................................
Annexe 4Constantes globales de dissociation de quelques ions complexes ..............................
Annexe 5Potentiels standard de quelques couples oxydantréducteur ...........................
Index
 ........................................................................
197
223
249
278
280
281
282
283
285
5
Partie 1
Lecture de la classification périodique
Plan de la partie 1
Chapitre 1 :. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .La classification périodique
9
CHAPITRE 1
La classification périodique
I n t r o d u c t i o n
Les chimistes ont toujours cherché les tendances et les similitudes dans les propriétés et les réactions des différents corps purs dont ils disposaient. e La nécessité de classer les corps est apparue dès la fin duXIXsiècle, la classification périodique actuelle est une amélioration de celle de Mendeleiev, datant de 1869.
Plan du chapitre 1
A. Historique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B. La classification périodique des éléments. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.Définition dun élément . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.Présentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.Structure en blocs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C. Évolution de quelques propriétés atomiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Énergie dionisation dun atome (E.I.) 2.Affinité électronique (A.E.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.Électronégativité() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D. Évolution de quelques propriétés chimiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Caractère acidobasique des oxydes e e 2.Propriétés des chlorures des éléments de la 2 et 3 période . . . . . . . . . . . . . .
10 11 11 11 14 14 15 16 16 18 18 19
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1.Critiques contre les octaves de Newlands :
il assurait que tous les éléments étaient découverts (en 1866, seuls 56 éléments étaient connus) ;
pour obtenir la répétition des octaves, il était obligé de mettre deux éléments dans la même case, Ni et Co ; Ce et La ;
certaines familles comprenaient des éléments très différents, comme Co, Ni, Cl et Br, ou Cu, Li, Na et K.
2.Dmitri Ivanovitch Mendeleïev, chimiste russe, 18341907. Il occupe la chaire de chimie à luniversité de SaintPétersbourg, travaille sur la compression des gaz et les propriétés de lair raréfié. Mais surtout en 1869, il publie une classification périodique des éléments dans laquelle il laisse des cases vides. Les éléments manquants, gallium, scandium et germanium, seront découverts quelques années plus tard avec des propriétés en accord avec celles prédites par D. I. Mendeleïev.
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A. Historique Le classement des éléments chimiques a semblé nécessaire aux chimistes du e XIXsiècle pour rassembler de petits groupes déléments ayant des propriétés semblables. Par exemple, le sodium et le potassium, découverts en 1807, réa gissent avec lair en donnant loxydeM O, avec leau en donnant du 2 dihydrogène. Ces deux éléments sont des métaux, ils ont les mêmes proprié tés chimiques et des propriétés physiques voisines(fig. 1). Éléments Na K T /°C97,8 63,2 fus T /°C883 760 éb 3 /gcm0,971 0,862 Fig. 1 Quelques propriétés de Na et K. Ces analogies se retrouvaient pour dautres groupes déléments et ont permis des débuts de classement. Dès 1830,J. W. Döbereiner (17801849) propose un classement de cer tains éléments entriades: celles des métaux alcalins et des halogènes. En mars 1864,Newlandspropose un article à la Chemical Society of Lon don, où il suggère que, lorsque les éléments sont rangés par ordre de masse croissante, tout élément a des propriétés semblables à celui qui est à huit cases avant lui et huit cases après lui (un peu comme lesoctavesdune gamme de musique). Cette répétition périodique déléments semblables à intervalles réguliers dans les octaves de Newlands a conduit au nom detableau périodique. Cepen dant, la classification de Newlands fut critiquée pour trois raisons 1 essentielles et finalement rejetée et même ridiculisée par ses collègues. Lun des plus acerbes lui demanda même sil nenvisageait pas un classement par ordre alphabétique. En 1869, le chimiste allemand J. L. Meyer et le chimiste russe D. Mendeleïev publient séparément des résultats mettant en évidence les idées de périodicité. J. L. Meyerles courbes de propriétés variées, comme le point de publie fusion, la température débullition, la densité déléments connus en fonction de leurs masses. Les éléments appartenant à la même famille apparaissaient dans des positions identiques sur les courbes. 2 D. Mendeleïevpublie un tableau périodique(fig. 2)regroupant bon nom bre déléments rangés en fonction de leur masse atomique croissante dans des cases où il a eu legénie de laisser des places vides, car il pensait, à juste titre, que lélément était encore inconnu. Les éléments de propriétés chimi ques voisines sont dans une même colonne appeléegroupe; les lignes hori zontales sont appeléespériodes. Groupe Groupe Groupe Groupe Groupe Groupe Groupe Groupe I II III IV V VI VII VIII Période 1H Période 2Li Be B C N O F Période 3ClNa Mg Al Si P S K Ca * Ti V Cr Mn Période 4Fe Co Ni Cu Zn * * As Se Br Rb Sr Y Zr Nb Mo * Période 5Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Fig. 2 Le tableau périodique de Mendeleïev (1869).
Chapitre 1 : La classification périodique