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10/01/2022 1 Chimie Minérale 2 Les composés minéraux 10/01/2022 2 Comme toutes

10/01/2022 1 Chimie Minérale 2 Les composés minéraux 10/01/2022 2 Comme toutes les sciences qui s’intéressent à des objets, la minéralogie c’est une science qui fait appel à d’autres disciplines scientifiques, en particulier la géologie, la cristallographie, la physique du solide et la chimie minérale. La minéralogie est une science naturelle. Elle a donc pour rôle, non seulement d’expliquer comment les minéraux se forment ou se transforment, mais aussi de les décrire et de les inventorier, comme la botanique décrit les espèces végétales. La matière peut exister sous trois états: L’état gazeux, L’état liquide, L’état solide. I. Introduction La forme de la matière est déterminée par les interactions entre ses particules constitutives (atomes, molécules ou ions) : Les liquides et les gaz sont des fluides, déformables sous l’action de forces très faibles, ils prennent la forme du récipient qui les contient. Les solides ont une forme propre, leur déformation exige des forces importantes. Les solides peuvent exister sous deux états différents : l’état désordonné caractérisé par une structure non ordonnée c’est le cas des systèmes amorphes, par exemple les verres. l’état ordonné caractérisé par une structure ordonnée correspond aux solides cristallins. Un cristal est constitué d’un assemblage périodique de particules. Il peut être décrit par translation suivant les trois directions de référence d’une entité de base qu’on appelle la maille. La description du cristal nécessite la connaissance du réseau et celle du motif 10/01/2022 3 5 Un minéral est une substance inorganique solide qui se présente sous forme d’un cristal ou d’un solide cristallin. Il existe plus de 4000 variétés de minéraux dans la nature, mais seulement une douzaine de minéraux sont les plus abondants. La majorité des minéraux qui constituent la croûte terrestre sont composés uniquement de huit (8) éléments chimiques : Oxygène (O) 46,5 % Silicium (Si) 28 % Aluminium (Al) 8 % Fer (Fe) 5 % Calcium (Ca) 3,5 % Sodium (Na) 3 % Potassium (K) 2,5 % Magnésium (Mg) 2 % 6 Un minéral est une substance inorganique solide qui se présente sous forme d’un cristal ou d’un solide cristallin. Il existe plus de 4000 variétés de minéraux dans la nature, mais seulement une douzaine de minéraux sont les plus abondants. La majorité des minéraux qui constituent la croûte terrestre sont composés uniquement de huit (8) éléments chimiques : Oxygène (O) 46,5 % Silicium (Si) 28 % Aluminium (Al) 8 % Fer (Fe) 5 % Calcium (Ca) 3,5 % Sodium (Na) 3 % Potassium (K) 2,5 % Magnésium (Mg) 2 % 82,5 % de la croute terrestre 10/01/2022 4 7 On distingue neuf classes de minéraux : La classification des minéraux correspond à une répartition des espèces minérales basées notamment sur la composition chimique des minéraux. Classe Nom I Eléments natifs II Sulfures III Halogénures IV Oxydes V Hydroxydes VI Carbonates VII Sulfates VIII Phosphates IX Silicates II. Les classes de minéraux 8 Un minéral est caractérisé par ses propriétés physiques et chimiques. Propriétés physiques des minéraux Propriétés chimiques des minéraux Forme cristalline (système cristallin) La forme géométrique des cristaux est définie par leur structure cristalline Dureté Résistance du minéral à se ne rayer pas Couleur En général, les minéraux présentent une grande diversité de couleur Ténacité Résistance au choc : minéraux fragiles, minéraux friables. Densité Rapport entre le poids du minéral et le poids du volume d’eau qu’il déplace : poids par unité de volume Composition chimique Éléments chimiques qui composent le minéral Solubilité Propriété d’un minéral à se dissoudre dans l’eau ou dans un autre liquide (acide) Effervescence Propriété de minéraux de la classe des carbonates à réagir avec certains types d’acide (acide chlorhydrique). Cette réaction produit un gaz carbonique III. Les propriétés de minéraux 10/01/2022 5 9 Le nom commun ou usuel : Il ne donne aucune indication sur la nature du composé étudié Exemple : la soude NaOH Le nom systématique (officiel) : Il indique les éléments présents et leur proportions (parfois même la structure), ces noms sont construit à partir de règles : les règles IUPAC.I. (Union internationale pour la chimie pure et appliquée) pour les corps purs simples La nomenclature systématique peut être plus ou moins complexe selon la quantité d'informations qu'on veut présenter. En outre, on distingue différents types de nomenclature (binaire, de coordination, substitutive), correspondant à des types de chimie différents, bien que certains composés peuvent être décrits selon deux types de nomenclature. IV. Nomenclature des composées minéraux Les composés minéraux ont en général au moins deux noms : 10 Corps simples, composés d'une seule espèce atomique comme les gaz hydrogène H2, azote N2, oxygène O2, ozone O3 (qu'il ne faut pas confondre avec les corps purs faits d'une seule espèce moléculaire, que l'on oppose aux mélanges faits de plusieurs espèces moléculaires), Corps composés sont dits binaires, ternaires ou quaternaires selon qu'ils sont composés respectivement de deux, trois ou quatre espèces atomiques. On trouve deux types de corps : Les métaux sont des éléments électropositifs (= susceptibles à perdre un ou plusieurs électrons et à devenir des ions positifs ou cations; leur valeur d'électronégativité est faible) Les non-métaux sont des éléments électronégatifs (= qui ont tendance à capturer un ou plusieurs électrons et à devenir des ions négatifs ou anions; leur valeur d'électronégativité est élevée). Rappelons que : 10/01/2022 6 12 En dehors des corps simples, 8 combinaisons (familles de composés minéraux) sont envisageables En générale, nous symboliserons les métaux, ainsi que les éléments à prédominance métallique, par la lettre "M" et les non- métaux, ainsi que les éléments à tendance non-métallique, par la lettre " X". On conserve les symboles de l'oxygène O et de l'hydrogène H et on supprime les indices et les parenthèses Nom de la formule générale Formule générale Exemple Oxyde métallique MO FeO Oxyde non-métallique XO CO Hydroxyde (base hydroxylée) MOH Ca(OH)2 Hydrure métallique MH NaH Acide binaire (hydracide) HX HBr Acide ternaire (oxacide) HXO HNO2 Sel binaire (sel d’hydracide) MX KBr Sel ternaire (Sel d’oxacide) MXO Al2(SO4)3 10/01/2022 7 Les groupes que nous analyserons sont: oxydes, hydroxydes, acides et sels. Nom de la formule générale Formule générale Exemple Oxyde métallique MO FeO Oxyde non-métallique XO CO Hydroxyde (base hydroxylée) MOH Ca(OH)2 Acide binaire (hydracide) HX HBr Acide ternaire (oxacide) HXO HNO2 Hydrure métallique MH NaH Sel binaire (sel d’hydracide) MX KBr Sel ternaire (Sel d’oxacide) MXO Al2(SO4)3 On constate qu'il n'y a que 4 principales catégories Les oxydes : MO et XO Hydroxydes ou bases: MOH Acides :HX et HXO Sels :MX, MXO et MH 14 IV.1. Nomenclature des ions monoatomiques 1. Composés ioniques : anions Les noms des anions sont obtenus à partir des noms des éléments, en remplaçant la dernière (ou les deux dernières) syllabe(s) par le suffixe "ure". Pour les monoatomiques : Cl- : ion chlorure S2- : ion sulfure N3- : ion nitrure (azote = nitrogen en anglais) Exception : O2- ion oxyde Pour les polyatomiques et qui contiennent de l'oxygène, ce sont des polyanions : Avec moins d'oxygène : on ajoute le suffixe "ite" (NO- 2 ion nitrite) Avec plus d'oxygène : on ajoute le suffixe "ate" (NO- 3 ion nitrate) Exception : OH- ion hydroxyde Si un élément forme plus d'un oxyanion on ajoute : le préfixe « hypo » pour l'ion où le nombre d'oxydation de l'élément est le plus faible (hypo_____ite) le suffixe « per » pour le nombre d'oxydation le plus grand (per____ate): ClO- ion hypochlorite ClO- 2 ion chlorite ClO- 3 ion chlorate ClO- 4 ion perchlorate 10/01/2022 8 15 2. Composés ioniques : cations Les cations métalliques sont nommés par les noms des éléments. Les cations formés à partir d'un métal sont en général monoatomiques. On les nomme : ion + « nom du métal » Exemple : Na+ : ion sodium Zn2+ : ion zinc Al3+ : ion aluminium Si le métal peut donner lieu à deux cations différents, la convention internationale la plus récente, recommande de mentionner le nombre d'oxydation (en chiffre romain) entre parenthèses, après le nom du métal. Dans l'usage courant, on a encore conservé l'ancienne habitude de différencier les deux états. Exemple : Fe2+ ion fer (II) ou ion ferreux Cu+ ion cuivre (I) ou ion cuivreux Fe3+ ion fer (III) ou ion ferrique Cu2+ ion cuivre (II) ou ion cuivrique Il existe des cations polyatomiques : NH+ 4 ion ammonium, H3O+ ion hydronium IV.1. Nomenclature des ions monoatomiques 16 IV.2. Nomenclature des composes binaires 1. Les Oxydes 1.1. nomenclature des oxydes métalliques La formation des noms des composes de l’oxygène et du métal est moins compliquée que la combinaison de l’oxygène et du non-métal. La formule générale est MO, dont M signifie un métal et O un oxygène. Un métal est toujours suivi de l’oxygène (jamais l’ invers) tandis qu’il faut lire la formule de la fin vers le début « oxyde de métal » Exemple : Na2O = oxyde de sodium MgO = oxyde de magnésium Nomenclature : Oxyde + de + métal (nombre de valence) (M est à remplacer par le nom de l'élément métallique) Cette nomenclature concerne le cas ou le métal uploads/s3/ chimie-minerale-seances-1-et-2-eibb-1.pdf