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UE1: Atomes, biomolécules, génome, bioénergétique, métabolisme Intervenants: E.

UE1: Atomes, biomolécules, génome, bioénergétique, métabolisme Intervenants: E. Baudrin P. Vanlemmens Chimie physique (4 cours + 3ED) Chimie Organique (12 cours) Biochimie (25 cours) PACES 2012 1 Livre de référence: Chimie Physique (Les cours de Paul Arnaud) Ed. Dunod Disponible à la B.U Santé et la B.U. Science P. Vanlemmens Programme du lycée considéré acquis UE1: Atomistique Le modèle planétaire de l’atome PACES 2012 2 But du cours: connaitre la structure de l’atome pour comprendre ses propriétés et la formation de liaisons chimiques 3 cours (3/09, 5/09 et 7/09) et 2 ED Intérêts: exemples Comprendre les réactions chimiques responsables de processus biologiques PACES 2012 3 Formation du complexe O2/porphyrine Fixation du monoxyde de carbone à la place de l’oxygène Intérêts: exemples PACES 2012 4 Plan du cours - Notion d’atome/d’élément - Les constituants de l’atome - Théorie des quanta - L’atome de Bohr PACES 2012 5 - L’atome de Bohr - L’atome de Bohr-Sommerfeld - Notions d’orbitales - Classification périodique Atomes et éléments chez les grecs Démocrite (Ve au IIIe siècle av. J.C.) PACES 2012 6 Empédocle (Ve siècle av. J.C.) Naissance de la théorie atomique Traité de chimie (1789) : « Rien ne se crée, ni dans les opérations de l'art, ni dans celles de la nature, et l'on peut poser en principe que, dans toute opération, il y a une égale quantité de matière avant et après l'opération ; que la qualité et la quantité des Lavoisier XVIIIe siècle PACES 2012 7 l'opération ; que la qualité et la quantité des principes sont les mêmes et qu'il n'y a que des changements, des modifications. » Dalton XVIIIe/XIXe siècle Gay-Lussac : XIXe : Gay-Lussac, Avogadro, Cannizzaro Pbme de Dalton: confusion entre atomes et molécules éléments et corps simples Détermination des poids atomiques PACES 2012 8 Avogadro (1811) : Cannizzaro (1860) : Classification périodique Mendeleïev PACES 2012 9 Plan du cours - Notion d’atome/d’élément - Les constituants de l’atome - Théorie des quanta - L’atome de Bohr PACES 2012 10 - L’atome de Bohr - L’atome de Bohr-Sommerfeld - Notions d’orbitales - Classification périodique Mise en évidence de l’électron Tube de Crookes e- cations PACES 2012 11 1895, Perrin: Vide partiel; 100kV 10-6-10-8 atm Charge et masse de l’électron Expériences de J.J. Thomson Millikan (1909) PACES 2012 12 2 2 B E l d 2 m e = Modèle de Thomson Modèle de la « tarte aux prunes » PACES 2012 13 mélectron << mparticule positive ≈ matome Expériences de Rutherford 1909 PACES 2012 14 Interprétation de l’expérience de Rutherford (1) r (2) PACES 2012 15 (1) r (2) q1 q2 Forces de Coulomb : F = k. 2 2 1 r q q Calculs de Rutherford. 1) Section du noyau 108 fois plus petite que celle de l'atome. 2) Charge du noyau q = Ze Z = N° atomique de l'élément considéré. Interprétation de l’expérience de Rutherford PACES 2012 16 Le proton Pompe à vide Azote Ecran fluorescent Microscope Cylindre en métal Rutherford (1919) Bombardement d’atomes d’azote par des noyaux PACES 2012 17 Source radioactive Particules Alpha Protons Feuille d’argent d’azote par des noyaux d’hélium Le neutron (1932) PACES 2012 18 1932 Chadwick Notion d’isotopes X A Z Z nombre de protons et d’électrons A nombre de nucléons Nucléide PACES 2012 19 Résumé: X A Z Z protons Z électrons A-Z neutrons PACES 2012 20 Atome neutre: Charge du noyau compensée par les électrons Charge élémentaire: e = 1,6.10-19C Matière: lacunaire (mnoyau ≈ matome) Nombre d’Avogadro : N = 6.022.1023 mol-1 L'atome de Rutherford devrait rayonner, donc perdre son énergie. Limites du modèle PACES 2012 21 Plan du cours - Notion d’atome/d’élément - Les constituants de l’atome - Théorie des quanta - L’atome de Bohr PACES 2012 22 - L’atome de Bohr - L’atome de Bohr-Sommerfeld - Notions d’orbitales - Classification périodique Max Planck (1900) : Quantification de l’énergie lumineuse PACES 2012 23 Experience de Hertz Effet Photoélectrique (Einstein) Dualité onde/corpuscule Propriétés Corpusculaires de l’électron Propriétés Ondulatoires de l’Electron De Broglie Electrons Éjectés de la surface Lumière rayonnant sur le métal PACES 2012 24 Onde associée de De Broglie de la surface Sodium métal Spectre d'émission de l'atome d'hydrogène. Etude expérimentale des atomes Longueur d’onde (nm) PACES 2012 25 Spectrographe à prisme Visible UV Visible IR λ λ λ λ (nm) Spectre d’émission de l’hydrogène Formule de Balmer (empirique): Autres séries IR Visible UV PACES 2012 26                         − − − − = = = = = = = = 2 2 n 1 2 1 . Cst 1 λ λ λ λ ν ν ν ν Formule de Balmer (empirique): n > 2 (Série de Balmer) Autres séries Plan du cours - Notion d’atome/d’élément - Les constituants de l’atome - Théorie des quanta - L’atome de Bohr PACES 2012 27 - L’atome de Bohr - L’atome de Bohr-Sommerfeld - Notions d’orbitales - Classification périodique Atome neutre : Z électrons et Z charges positives Z = N°atomique Hypothèses de Bohr PACES 2012 28 Atome neutre : Z électrons et Z charges positives Z = N°atomique Hypothèses de Bohr PACES 2012 29 ∆ ∆ ∆ ∆E E1 E2 Emission d'un seul quantum d'énergie: ∆ ∆ ∆ ∆E = hν ν ν ν Hypothèses de Bohr PACES 2012 30 Emission d'un seul quantum d'énergie: ∆ ∆ ∆ ∆E = hν ν ν ν FA FC v L’atome de Bohr PACES 2012 31 2 2 0 A r e 4 1 F πε = Force coulombienne Lois du mouvement de l’électron PACES 2012 32 Rayon de l’atome de Bohr PACES 2012 33 2 0n r r = Energie des électrons PACES 2012 34 Energie des électrons PACES 2012 35 2 0 2 2 2 0 4 n 1 E n 1 h 8 me E = − = ε Calcul pour l’atome d’hydrogène kg 10 . 109 , 9 m 31 − = C 10 . 602 , 1 e 19 − = 9 0 10 36 1 π ε = s . J 10 . 624 , 6 h 34 − = Données PACES 2012 36 uploads/Finance/ atomistique-2012-s1-etudiants-cours-du-0309.pdf