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Chimie minérale 1 Chimie minérale Option génie des procédés Deuxième année Sana

Chimie minérale 1 Chimie minérale Option génie des procédés Deuxième année Sana Almi Maitre de conférences classe « B » 2017-2018 Table des matières 2 Table des matières : Chapitre I : Nomenclature des corps minéraux purs et composés I- Introduction II- Degrés d'oxydation III- Classement des corps purs composés IV- Règles de nomenclature des corps purs composés V- Le nom des composés minéraux Chapitre II : Cristallochimie I- Introduction II- Notions fondamentales III- Les sept systèmes cristallins IV- Les quatorze réseaux de Bravais V- Notions générales aux structures cristallines VI- Classification des cristaux VII- Détermination de l’énergie réticulaire des cristaux ioniques Chapitre III : Périodicité et étude approfondie des propriétés des éléments Parie A : Les Halogènes I- Propriétés atomiques II- Molécules dihalogènes X2 et halogénures d’hydrogène HX III- Préparation des halogènes Partie B : Les Chalcogènes I- L’oxygène et le soufre 1- L’élément oxygène : O2 et O - Les oxydes - L’ozone O 3 2- Le soufre et ses composés - Le sulfure d’hydrogène H2S - Dioxyde de soufre SO2 - Trioxyde de soufre SO3 Table des matières 3 - Acide sulfurique H2SO4 Partie C : L’Azote et le Phosphore  Les dérivés de l’azote - L’ammoniac NH3 - L’acide nitreux HNO2 - L’acide nitrique HNO3  Les dérivés du phosphore Partie D : Le Bore I- Introduction II- Préparations des éléments III- Propriétés physiques générales IV- Propriétés chimiques générales Chapitre IV : Les grandes métallurgies. I- Le Fer II- Le Titane III- Le Cuivre IV- Le Magnésium Chapitre V : Synthèse par voie électrochimique. I- Le difluore F2 II- Le dichlore Cl2 III- L’hydroxyde de sodium NaOH Chapitre VI : Les grandes minérales. I- L’acide sulfurique H2SO4 II- L’acide phosphorique H3PO4 III- L’ammoniac NH3 IV- L’acide nitrique HNO3 Chapitre I : Nomenclature des minéraux Mme S. Almi 4 Chapitre I Nomenclature des minéraux I- Introduction  on remplace les symboles des éléments métalliques par le symbole général M;  on remplace les symboles des éléments non-métalliques par le symbole général X;  on conserve les symboles de l'oxygène O et de l'hydrogène H;  on supprime les indices et les parenthèses. Formule générale Exemple Nom de la catégorie de corps pur composé) grandes catégories MO Fe2O3, CuO Oxyde métallique Oxydes XO N2O3, CO2 Oxyde non-métallique HX H2S, HCl Acide binaire (hydracide) Acides HXO H2SO4, HNO3, H3PO4 Acide ternaire (oxacide) MOH KOH, Mg(OH)2 Hydroxyde (base hydroxylée) Hydroxydes ou bases hydroxylées MX NaCl, KCl Sel binaire (sel d'hydracide) Sels MXO Al2(SO4)3, AgNO3 Sel ternaire (sel d'oxacide) II- Le degré d’oxydation Le degré d'oxydation permet de caractériser l'état d'un élément dans ses composés. La notion a une grande utilité pratique, par exemple pour établir les coefficients des équations des réactions d'oxydoréduction. On peut définir le degré d'oxydation des éléments dans un composé comme la charge apparente qu'auraient les différents atomes si on attribuait les électrons de liaison à l'élément le plus électronégatif. Pour établir les degrés d'oxydation des atomes d'une molécule, on applique les règles suivantes : - A l'état élémentaire, un élément a le degré d'oxydation zéro quel que soit l'état moléculaire (O2 ou O3, S8 ou Sx). -Dans leurs composés, les éléments suivants sont toujours au même degré d'oxydation : - Le fluor F est à –1. Chapitre I : Nomenclature des minéraux Mme S. Almi 5 - Les métaux alcalins (colonne 1 : Li, Na, K, Rb, Cs) sont à +1 - Les métaux alcalino-terreux (colonne 2 : Be, Mg, Ca, Sr, Ba) sont à +2 - L'hydrogène est en général à +1 (exception dans les hydrures comme NaH) -L'oxygène à -2 (exception –1 dans les peroxydes et +2 dans OF2). - Pour les ions simples, le degré d'oxydation est identique à la charge ionique, c'est-à-dire Al est à +3 dans Al3+ et S est à -2 dans S - La somme algébrique des degrés d'oxydation, établie en tenant compte des indices de chaque élément de la formule, est égale à la charge formulaire. Le degré d'oxydation inconnu est trouvé en établissant le bilan. III- Règles de nomenclature des corps purs composés La valence: la valence est indiquée entre parenthèses pour Fe (II ou III), Cu (I ou II), Pb (II ou IV), Hg (I ou II). Préfixe: dans le cas des oxydes non-métalliques uniquement : X2O: hémi- XO: mon- X2O3:sesqui- XO2: di- X2O5: hémipent- XO3: tri- Forme Règle Exemples: Oxyde métallique oxyde de M (valence) Na2O: oxyde de sodium Fe2O3: oxyde de fer (III) Oxyde non-métallique préfixe-oxyde de X CO2: dioxyde de carbone N2O3: sesquioxyde d'azote Acide binaire (hydracide) X-ure d'hydrogène HCl: chlorure d'hydrogène H2S: sulfure d'hydrogène Acide ternaire (oxacide) X-ite ou X-ate d'hydrogène H2SO3: sulfite d'hydrogène H2SO4: sulfate d'hydrogène Hydroxyde (base hydroxylée) hydroxyde de M (valence) Ca(OH)2: hydroxyde de calcium Cu(OH)2: hydroxyde de cuivre (II) Sel binaire (sel d'hydracide) X-ure de M (valence) NaCl: chlorure de sodium Fe2S3: sulfure de fer (III) Sel ternaire (sel d'oxacide) X-ite ou X-ate de M (valence) K2SO3: sulfite de potassium Fe2SO4: sulfate de fer (II)  L’oxygène O a la valence (II) et l’hydrogène H a la valence (I).  OH (hydroxyde) a la valence (I) et NH4 (ammonium) a la valence (I) est noté M et CN (cyanure) a la valence (I) est noté X. Chapitre I : Nomenclature des minéraux Mme S. Almi 6  X-ite ou X-ate: -ate -ite nom valence -CO3 / carbon- II -SO4 -SO3 sulf- II -NO3 -NO2 nitr- I -PO4 -PO3 phosph- III -ClO3 -ClO2 chlor- I IV- Le nom des composés (ancien nomenclature) 1- Les oxydes • Les oxydes de non-métaux :  Les oxydes de métaux  Les hydroxydes : oxyde de métal + eau  Les acides et les sels d'acides Les hydracides : (les acides sans oxygène) Les oxacides (acides avec oxygène) : oxyde de non-métal + eau  Sels La nomenclature est basée sur l'une des réactions de formation des sels : acide + hydroxyde de métal -----> sel (métal-anion) + eau (H+OH-) Chapitre II : Cristallochimie Mme S. Almi 7 Chapitre II Cristallochimie I- Introduction Puisque la très grande majorité des minéraux sont des composés chimiques cristallisés, il est normal d’essayer de comprendre les relations entre la composition chimique et la structure cristalline adoptée par une espèce minérale. Dans les minéraux, les liaisons sont principalement ioniques et covalentes et plus accessoirement métalliques. Il est donc important de savoir comment les atomes s’organisent dans une structure cristalline, et de connaître les outils mathématiques qui permettent de décrire et d’appréhender cette organisation. La cristallochimie est la science qui explique non seulement les propriétés chimiques et physiques des minéraux mais peut encore permettre une approche des conditions de formation. VIII- Notions fondamentales Un cristal est un solide polyédrique, à structure régulière et périodique, formée d'un ensemble ordonné d'un grand nombre d'atomes, de molécules ou d'ions. Les substances cristallines sont : les minéraux, roches, métaux, briques, béton et les céramiques. Un polyèdre est une forme géométrique à trois dimensions ayant des faces planes qui se rencontrent le long d'arêtes droites. Un polyèdre est caractérisé par sont nombre de sommets, d’arêtes et de faces. Les cinq polyèdres réguliers convexes (solides de Platon) sont : le tétraèdre, l'hexaèdre (ou cube), l'octaèdre, le dodécaèdre et l'icosaèdre. Exemples de formes polyèdriques. Chapitre II : Cristallochimie Mme S. Almi 8 La maille élémentaire et le motif : La maille élémentaire est le plus petit volume cristallin conservant toutes les propriétés physiques, chimiques et géométriques du cristal. Elle est définie par trois vecteurs qui génèrent ainsi six paramètres de mailles : les trois longueurs des vecteurs a, b, c et trois angles α, β, γ, (et trois axes x, y, et z.). Le motif est le groupe d’atome, de molécules ou des ions, répété à intervalle régulier dans la maille. La répétition, dans les trois directions de l'espace, de la maille cristalline élémentaire constitue le réseau cristallin. La périodicité de la structure d'un cristal est donc représentée par un ensemble de points régulièrement disposés. les points constituant le réseau sont appelés nœuds du réseau. Image HREM d’un cristal de cordiérite Mg2Al4Si5O18 Structures de la cordiérite I- Les sept systèmes cristallins : Un système cristallin est un classement des cristaux sur la base de leurs caractéristiques de symétrie. En comparant les mailles primitives de chaque réseau, on en déduit les septs systèmes cristallins suivants : Chapitre II : Cristallochimie Mme S. Almi 9 II- Les quatorze réseaux de Bravais : Les réseaux de Bravais représentent, une façon mathématique (géométrie dans l'espace) de classifier les différents types de cristaux. La symétrie d'un cristal peut être inférieure à celle de sa maille primitive dans le cas où les groupes d'atomes situés aux sommets de la maille ne présentent pas la même symétrie que la maille. Chaque système, ou réseau élémentaire, peut se décliner de quatre manières :  primitive (P) : il y a une particule à chaque sommet ;  centrée ( I ) : il y a en plus une particule au centre de la maille ;  à faces centrées (F) : il y a uploads/Ingenierie_Lourd/ chimie-minerale1.pdf