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1 COURS DE CHIMIE GENERALE POUR G1 POLYTECHNIQUE Professeur BILANDA NDELE et C.

1 COURS DE CHIMIE GENERALE POUR G1 POLYTECHNIQUE Professeur BILANDA NDELE et C.T. KUNANA MANANGA PLAN DU COURS Introduction générale Première partie : Matières et réactions Chap.1 : Substance et matière 1.1 : Généralités 1.2 : Division de la matière-Notion d’atome et de molécule 1.3 : Propriétés fondamentales des atomes, des molécules et des ions 1.4 : Etats de la matière et leurs transformations Chap.2 : Introduction aux réactions chimiques 2.1 : Approche expérimentale de la réaction chimique 2.2 : Stœchiométrie des réactions 2.3 : Concentration des solutions Chap. 3 : Traitements des données expérimentales 3.1 : Graphes et papiers graphiques 3.2 : Méthode de moindres carrés Deuxième partie : Atome et Molécule Chap. 4 : Structure électronique de l’atome et réactions nucléaires Ch ap. 5 : Organisation électronique des atomes Chap. 6 : Liaison chimique Troisième : Réactions chimiques Chap. 7 : Thermodynamique chimique 7.1 : Généralités 7.2 : Echanges d’énergie 7.3 : Premier principe de la thermodynamique 7.4 : Deuxième principe de la thermodynamique 7.5 : Enthalpie libre et énergie libre 7.6 : Grandeurs molaires partielles – Potentiel chimique Chap. 8 : Equilibres 8.1 : Equilibres physiques 8.1.1 : Changement d’état 8.1.2 : Etude des solutions 8.2 : Equilibres chimiques Chap.9 : Etude des équilibres 9.1 : Equilibres acido-basiques & Notions de pH 9.2 : Equilibres d’oxydoréduction & Notions d’électrochimie 9.3 : Equilibres de solubilité et de complexation Chap. 10: Eléments de cinétique chimique Quatrième partie : Chimie descriptive Chap.11 : Eléments de Chimie inorganique (T.D.) 11.1 : Nomenclature en chimie inorganique 11.2 : Eléments non métalliques et gaz rares 11.3 : Métaux Chap.12 : Eléments de Chimie organique (T.D.) 12.1 : Caractéristiques des substances organiques 12. 2 : Etude des quelques fonctions organiques 2 INTRODUCTION GENERALE Définition de la Chimie Etablir de bonnes définitions constitue une tâche toujours très difficile. La meilleure, en ce qui concerne la chimie, est sans doute celle de Jean Perrin, car elle fait seulement appel à l’expérience commune. « La Chimie est l’étude des propriétés des substances qui varient de façon discontinue, par opposition à la Physique, domaine des phénomènes variant de façon continue ». Illustrons cela par une expérimentation. Mélangeons à l’obscurité ou à lumière diffuse du chlore verdâtre et de l’hydrogène incolore. Toutes les propriétés du gaz ainsi obtenu (couleur, densité, indice de réfraction, etc.) varient de façon continue avec les proportions des deux constituants ; ce sont des moyennes entre celles de l’hydrogène et du chlore. L’étude de ce phénomène de mélange relève donc de la Physique. Exposons maintenant ce même gaz à la lumière de l’arc au mercure ; une explosion se produit, et, fait bien plus remarquable, des propriétés toutes nouvelles apparaissent, n’ayant aucun rapport avec celles de l’hydrogène et du chlore ; par exemple, le gaz est devenu très soluble dans l’eau, en lui communiquant un caractère acide. Cette discontinuité classe le phénomène dans la Chimie ; les deux constituants primitifs ont réagi pour donner une combinaison, l’acide chlorhydrique. Mais attention il y a des objections. Si l’on dissout un morceau de sucre dans l’eau, le passage sans intermédiaire du solide au liquide est discontinu, cependant la dissolution est étudiée en Physique. Cette objection met en évidence que les limites de la Chimie ne peuvent être posées avec précision. De même, nous observons que les phénomènes étudiés à propos des solutions en Chimie ont un caractère continu, comme par exemple la variation de la solubilité avec la température, ou celle de la température de congélation avec la concentration du soluté. D’autre part, l’objection devient plus grave quand on réalise que tous les phénomènes naturels deviennent discontinus lorsqu’on les observe à l’échelle atomique. Cela est vrai, en particulier, pour la lumière, formée de photons. Il suffit alors de préciser que la définition adoptée ici suppose que les observations sont effectuées à notre échelle. La Chimie a pour objet de décrire, expliquer et prévoir les transformations de la matière, qui peuvent s’observer lorsque des substances différentes sont en présence, et qu’il se produit entre elles une réaction. Mais tout ne réagit pas avec tout. Certaines réactions possibles ne se produisent que dans des conditions (de température, de concentration, de catalyse,…) bien déterminées. Autrement dit, la question de savoir si une réaction aura lieu ou non n’a pas toujours une réponse par « oui ou non » ; souvent la réponse est « cela dépend… ». Enfin, des réactions qui pourraient a priori donner plusieurs substances nouvelles n’en donnent qu’une. Il y a donc beaucoup de choses à expliquer et à comprendre à propos des transformations de la matière dans les réactions chimiques. En outre, la chimie (comme toute science) cherche aussi, au-delà de la description et de l’explication des faits, à prévoir : 3 - Une réaction est-elle possible dans les conditions déterminées, et qu’en résultera-t-il ? - Quelles conditions permettront-elles de la réaliser avec la meilleure vitesse et le meilleur rendement ? - Quelles seraient les conditions capables d’empêcher une réaction nuisible ? (prévention de la corrosion des métaux ou de l’altération de produits alimentaires, par exemple). Pour résumer les choses en un mot, la chimie a pour objet essentiel l’étude de la réactivité. Elle cherche la réponse à trois questions : pourquoi, quand et comment les réactions se produisent- elles ? Ainsi, de science purement expérimentale et descriptive qu’elle était à l’origine, la chimie devient peu à peu une science déductive, construite sur le modèle idéal de la géométrie, comme le sont actuellement, pour une part considérable, la mécanique et la physique. Dans celles-ci, on pose à priori un petit nombre d’hypothèses et de principes, dont on déduit des conséquences par des raisonnements logiques, prenant souvent la forme mathématique ; on s’efforce ensuite d’établir dans quelle mesure l’expérience les vérifie. La Chimie est très loin encore de posséder cette structure, et l’on peut même douter qu’elle l’atteigne jamais ; cependant de plus en plus nettement, sa trame logique se dessine ; nous le verrons sur des exemples précis (tableau de Mendeleïev, fusion des théories de la valence et de la coordinence, etc.). La Chimie possède à la fois les caractères d’une science déductive telle que la Physique, et les caractères d’une science naturelle. Elle évolue vers le premier état. La Chimie présente un double intérêt : - Scientifique : elle contribue largement à notre connaissance et notre compréhension des mécanismes et lois de la nature. Elle possède sur ce plan un fort pouvoir explicatif, s’étendant à un très grand nombre de domaines, y compris celui du vivant (la croissance d’une plante ou le fonctionnement du cerveau, par exemple, relèvent essentiellement de phénomènes chimiques). - Pratique : elle apporte des réponses aux besoins de l’homme, en lui permettant notamment de trouver de nouvelles substances utiles et mettre au point leur fabrication par synthèse , dans des conditions économiquement et techniquement satisfaisantes ensuite, de perfectionner les méthodes d’analyse (détection, identification, dosage) pour les rendre de plus en plus précises et sensibles (contrôle de qualité, médecine et santé, criminologie, etc.). Le public a cependant, souvent, une image plutôt négative de la chimie, qu’il associe à toxicité, pollution et nuisances diverses. L’expression produit chimique a généralement une connotation péjorative. La chimie n’a pas le monopole des substances toxiques. La nature en recèle d’innombrables et il est naïf d’opposer la nature (qui serait bonne) à la chimie (qui serait mauvaise). La chimie, en tant que science, n’est évidemment ni bonne, ni mauvaise. Ce qu’en font les hommes est une autre question. Il n’est pas inéluctable que l’activité chimique industrielle soit polluante, et la chimie elle-même peut fournir la solution du problème, sous la forme de procédés d’épuration, ou de dépollution (l’exemple des pots d’échappement catalytiques, pour réduire la pollution atmosphérique par les automobiles, est caractéristique). Le problème est économique et financier, voire politique, mais non scientifique. 4 La très grande diversité des domaines dans lesquels la chimie joue un rôle entraîne l’existence d’un grand nombre de chimies spécialisées (Agrochimie, Biochimie, Pharmaco chimie, Chimie analytique, Chimie atmosphérique, Chimie interstellaire, Chimie thérapeutique,…). Mais la chimie de base se présente d’une façon beaucoup moins disparate. Elle se divise traditionnellement en trois parties seulement : - La Chimie générale (ou chimie physique) qui étudie les aspects généraux de la structure de la matière et des réactions chimiques ; - La Chimie organique et la Chimie minérale, qui sont les deux volets de la Chimie descriptive. La première décrit les propriétés des composés du carbone et la seconde celle des composés des autres éléments. 5 PREMIERE PARTIE : MATIERE ET REACTION CHAP.1 : SUBSTANCE ET MATIERE 1.1 : GENERALITES  Matière - Matériau - Substance pure – Mélange Les objets qui nous entourent peuvent être composés d’une ou plusieurs sortes de matières. On peut citer à titre d’exemples : la table de bois (matériau organique), la table en fer (matériau métallique pur) et la table en laiton (matériau en alliage métallique Cu-Zn). La matière n’est pas seulement ce que nous pouvons voir, toucher, soupeser. Les gaz sont aussi de la matière ; ils sont d’ailleurs perceptibles uploads/Finance/ cours-chimie-generale-g1-polytech-2015-copie.pdf