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BA CHG - 02208_A_F - Rév. 2 13/07/2005 I - ÉLÉMENTS - ATOMES - SYMBOLES DES ATO

BA CHG - 02208_A_F - Rév. 2 13/07/2005 I - ÉLÉMENTS - ATOMES - SYMBOLES DES ATOMES ............................................................. 1 1 - Éléments chimiques ..................................................................................................................... 1 2 - Atomes Symboles des atomes.................................................................................................... 1 II - MOLES D’ATOMES - MASSE ATOMIQUE............................................................................... 2 1 - Moles d’atomes ............................................................................................................................ 2 2 - Masse atomique ........................................................................................................................... 2 III - STRUCTURE ET CLASSIFICATION DES ATOMES................................................................ 4 1 - Constitution des atomes............................................................................................................... 4 2 - Représentation symbolique des atomes...................................................................................... 4 3 - Classification des atomes............................................................................................................. 8 IV - REPRÉSENTATION SYMBOLIQUE DES MOLÉCULES - FORMULE DE LA MOLÉCULE .. 11 1 - Corps purs simples - Corps purs composés .............................................................................. 11 2 - Formule de la molécule.............................................................................................................. 13 V - MOLE - MASSE MOLAIRE ..................................................................................................... 14 VI - VOLUME MOLAIRE ................................................................................................................ 16 VII - STRUCTURE DISCONTINUE DE LA MATIÈRE À L’ÉCHELLE MOLÉCULAIRE.................. 18 1 - Structure des gaz ....................................................................................................................... 18 2 - Structure des liquides................................................................................................................. 18 3 - Structure des solides.................................................................................................................. 19 V - CORPS PURS À STRUCTURE NON MOLÉCULAIRE : FORMULE DE COMPOSITION ..... 20 C C 6 6 - -1 1/ /A A ÉLÉMENTS DE CHIMIE - PRODUITS STRUCTURE DE LA MATIÈRE Connaissance et Maîtrise des Phénomènes Physiques et Chimiques  2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training Ce document comporte 21 pages Ingénieurs en Sécurité Industrielle 02208_A_F 1 I - ÉLÉMENTS - ATOMES - SYMBOLES DES ATOMES 1 - ÉLÉMENTS CHIMIQUES La matière se présente à l’état de solide, de liquide ou de gaz, et est constituée d’un nombre infini de composés chimiques différents. Ceux-ci toutefois ne sont formés qu’à partir d’une centaine d’éléments chimiques de base dont les nombreuses possibilités de combinaison conduisent à cette immense variété de produits chimiques naturels ou synthétiques qui existent dans le monde. Les éléments chimiques les plus répandus sur la terre sont par ordre décroissant d’importance : l’oxygène (49 % masse), le silicium (26 % masse), l’aluminium (7,5 % masse). Avec 0,08 % le carbone élément de base de la chimie des êtres vivants n’apparaît qu’en quatorzième position. Le même élément peut rentrer dans la composition de corps extrêmement différents. Ainsi, l’élément carbone est commun au charbon, au gaz carbonique, au sucre, à l‘alcool, au caoutchouc, aux protéines ... de même l’élément oxygène est présent dans l’eau, la silice (sable), le calcaire, l’acide acétique (vinaigre), l’aspirine, ... 2 - ATOMES - SYMBOLES DES ATOMES À chaque élément correspond une ou plusieurs particules élémentaires que l’on appelle ATOMES. Les atomes sont les plus petites particules matérielles qui puissent être obtenues par fractionnement ou décomposition chimique d’une substance. Leur taille est infiniment petite : - le diamètre des atomes est de l’ordre de l’Angström (1 Å = 10–10 m), le plus petit, il s’agit de l’atome d’hydrogène, a un diamètre de 0,37 Å. - la masse des atomes est également très faible, celle de l’atome de carbone par exemple est de 2.10–23 g. Aucune balance aussi précise et sensible qu’elle soit n’est capable de mesurer une masse aussi faible. Pour plus de commodité, on fait correspondre à chaque atome un symbole qui est le plus souvent l’initiale ou les 2 premières lettres du nom de l’élément. Le tableau ci-après donne les symboles chimiques des éléments les plus répandus. Nom de l’élément Symbole Nom de l’élément Symbole Aluminium Argent Argon Azote (nitrogène) Baryum Brome Calcium Carbone Chlore Cuivre Étain (stannum) Fer Fluor Hélium Hydrogène Al Ag Ar ou A N Ba Br Ca C Cl Cu Sn Fe F He H Magnésium Mercure (hydrargyrum) Nickel Or (aurum) Oxygène Phosphore Platine Plomb Potassium (kalium) Silicium Sodium (natrium) Soufre Tungstène (wolfram) Zinc Mg Hg Ni Au O P Pt Pb K Si Na S W Zn C C6 6 - -1 1/ /A A  2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training 02208_A_F 2 II - MOLES D’ATOMES - MASSE ATOMIQUE 1 - MOLES D’ATOMES Les atomes sont si petits qu’il est difficile de raisonner à leur échelle, ainsi : 1 kg de fer est constitué de 1025 atomes 1 clou en fer de 6 1022 atomes et 1 poussière (obtenue en limant un clou) d’environ 1017 atomes Ces chiffres ne sont pas pratiques ; aussi pour plus de commodité, on compte les atomes par groupes. Comme unité de comptage de la taille des groupes il a été convenu de choisir un nombre N = 6,02.1023, soit six cent deux mille milliards de milliards. (602.000.000.000.000.000.000.000). Ce nombre N est appelé Nombre d’Avogadro permet de définir la mole qui est, par définition, un groupe de N particules. 1 MOLE D’ATOMES = 6,02 1023 ATOMES avec cette notation : - 1 kg de fer est constitué de 17,9 moles d’atomes de fer - 1 clou de 0,1 mole - 1 poussière de 0,10.10–6 mole 2 - MASSE ATOMIQUE Chaque atome ayant une masse unitaire différente, la masse de 1 mole d’atomes dépend bien sûr de l’élément considéré ; cette masse est appelée masse atomique. Pour le carbone de symbole C : Masse de N atomes de carbone = Masse atomique du carbone = 12 grammes ou encore plus simplement C = 12 g/mol Le tableau ci-dessous donne les masses atomiques correspondant aux principaux éléments. Nom de l’élément Symbole Masse atomique (en g/mol) Nom de l’élément Symbole Masse atomique (en g/mol) Aluminium Argent Argon Azote (nitrogène) Baryum Brome Calcium Carbone Chlore Cuivre Étain (stannum) Fer Fluor Hélium Hydrogène Al Ag Ar ou A N Ba Br Ca C Cl Cu Sn Fe F He H 27 108 40 14 137,3 80 40 12 35,5 63,5 118,7 56 19 4 1 Magnésium Mercure (hydrargyrum) Nickel Or (aurum) Oxygène Phosphore Platine Plomb Potassium (kalium) Silicium Sodium (natrium) Soufre Tungstène (wolfram) Zinc Mg Hg Ni Au O P Pt Pb K Si Na S W Zn 24,3 200,6 58,7 197 16 31 195 207 39,1 28,1 23 32 184 65,4 C C6 6 - -1 1/ /A A  2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training 02208_A_F 3 Application Déterminer le nombre de moles et d’atomes d’or présents dans un bijou de 20 g : - masse atomique de l’or = g/mol - nombre de moles d’or = moles - nombre d’atomes d’or = atomes C C6 6 - -1 1/ /A A  2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training 02208_A_F 4 III - STRUCTURE ET CLASSIFICATION DES ATOMES 1 - CONSTITUTION DES ATOMES L’atome est constitué d’un noyau de dimension très faible par rapport à celle de l’atome et d’un ou de plusieurs électrons qui “gravitent” autour du noyau. Le noyau qui concentre la majeure partie de la masse de l’atome est formé lui-même par l’assemblage d’un certain nombre de neutrons et de protons. Les caractéristiques des particules élémentaires constituant les atomes sont les suivantes : - les électrons sont des particules de masse négligeable (9,1 × 10–31 kg) par rapport à celle de l’atome et chargés d’électricité négative. Cette charge électrique n’est pas quelconque, elle a une valeur bien déterminée (– 1,6 × 10–19 Coulomb), on l’appelle charge élémentaire et comme elle est négative on la note : – e - les protons sont des particules chargées d’électricité positive. Chaque proton porte une charge élémentaire (+ 1,6 × 10–19 Coulomb) d’électricité positive : + e La masse d’un proton est appelée masse élémentaire. - les neutrons sont des particules de masse presque égale à celle des protons, mais ne portant aucune charge électrique (d’où leur nom de neutrons). SI UN NOYAU EST FORME DE N neutrons et de Z protons - la MASSE du NOYAU et donc LA MASSE de l’ATOME si l’on néglige la masse des électrons est : Masse de l’atome = A = (N + Z) fois la masse élémentaire - la CHARGE du NOYAU est : Charge du noyau = Z fois la charge élémentaire = + Ze - le NOMBRE D’éLECTRONS est égal au nombre Z de protons car les atomes sont électriquement neutres. La charge des électrons est – Ze. Z EST LE NUMÉRO ATOMIQUE, il indique le nombre égal de protons et d’électrons possédés par l’atome. 2 - REPRÉSENTATION SYMBOLIQUE DES ATOMES On utilise ici la représentation simplifiée de l’atome dû à BOHR dans laquelle on assimile le mouvement des électrons à une rotation autour du noyau central. Cette représentation ne peut être faite à l’échelle. En effet, si le diamètre des atomes (diamètre qui dépend de leur nature) varie de moins de un à quelques angströms, le diamètre du noyau est environ 10 000 fois plus petit et celui de l’électron 100 000 fois plus petit. Chaque atome est représenté par un noyau autour duquel, sur plusieurs orbites, gravitent des électrons. Les exemples de l’atome d’hydrogène et l’atome de carbone permettent d’illustrer cette représentation. C C6 6 - -1 1/ /A A  2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training 02208_A_F 5 L’hydrogène est le plus simple des atomes. Son noyau ne renferme pas de neutron, mais un seul proton. Autour de ce proton gravite un électron. H 1 électron noyau : 1 proton D CH 001 A Numéro atomique : Z = 1 Masse atomique : Z uploads/Industriel/ 1-a-elements-de-chimie-produits-structure-de-la-matiere.pdf