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CHIMIE INORGANIQUE (Pour les étudiants de BAC 1) UNIVERSITE DE LUBUMBASHI FACUL

CHIMIE INORGANIQUE (Pour les étudiants de BAC 1) UNIVERSITE DE LUBUMBASHI FACULTE POLYTECHNIQUE Par Pr. TSHIPENG YAV Steev CHAP 6. FAMILLE DES ALCALINS 6.1. Étude générale des alcalins 6.1.1. Propriétés physiques 6.1.2. Propriétés chimiques 6.1.3. Interprétation électronique des propriétés des alcalins 6.1.4. Classement des alcalins 6.1.5. Usages 6.2. Sodium et ses dérivés 6.2.1. Sodium 6.2.2. Chlorure de sodium 6.2.3. Hydroxyde de sodium 6.3. Dérivés du potassium 6.3.1. Engrais potassiques CHIMIE INORG (CHAP 6) – Généralités CHIMIE INORG Alcalins = Groupe Ia : Lithium, Sodium, Potassium, Rubidium, Césium et Francium (CHAP 6) – Généralités CHIMIE INORG Alcalins = Groupe Ia : Lithium, Sodium, Potassium, Rubidium, Césium et Francium Éléments Masse atomique Z Structure électronique Electronégativité Rayon atomique Point de fusion en °C Lithium 6,94 3 2, 1 1,0 1,52 Â 186 Sodium 22,991 11 2, 8, 1 0,9 1,86 Â 97,5 Potassium 39,100 19 2, 8, 8, 1 0,8 2,31 A 62,3 Rubidium 85,48 37 2, 8, 18, 8, 1 0,8 2,44 A 38,5 Césium 132,91 55 2, 8, 18, 18, 8, 1 0,7 2,62 A 28,5 (CHAP 6) – Généralités CHIMIE INORG - EO = 0 et + 1. Les alcalins sont les éléments les plus électropositifs, les plus métalliques : la plupart de leurs composés sont ioniques. Etage d’oxydation (E.O) Les alcalins sont des métaux d'un blanc d'argent, assez mous, très bons conducteurs de la chaleur et de l'électricité, malléables et ductiles. Ils sont peu denses : le lithium, le sodium et le potassium sont plus légers que l'eau, Chauffés dans la flamme incolore d'un bec Bunsen, les métaux et leurs sels émettent une lumière colorée caractéristique. Li Na K Rb Cs Rouge jaune violette rouge bleue Propriétés physiques (CHAP 6) – Généralités CHIMIE INORG Ils brûlent dans l'air en donnant des oxydes, voire des pero xydes. Ces oxydes réagissent avec l'eau pour former des hydroxydes à caractère fortement basique. 2 M + ½ O2 → M2O ; M2O + H2O → 2 MOH Ils réagissent avec l'eau pour donner des hydroxydes et de l'hydrogène. La réactivité avec l'eau augmente du lithium au césium M + H2O → MOH + 1/2 H2 Ils réagissent avec le chlore avec lequel ils forment des chlorures blancs, solubles dans l'eau. M + ½ Cl2 → MCl Ils sont obtenus par l'électrolyse de leurs chlorures fondus. Propriétés chimiques (CHAP 6) – Généralités CHIMIE INORG Le nbre de couches électroniques augmente et le rayon de l'atome grandit avec le nbre atomique. Les points de fusion et d'ébullition diminuent en fonction de la masse atomique de l'alcalin car la cohésion entre les particules faiblit avec rayon atomique croît (la loi d'attraction des masses) L'énergie d'ionisation diminue et la réactivité avec l'eau augmente en fonction de la masse atomique de l'alcalin . L'électron périphérique est d'autant moins lié au noyau que le rayon de l'atome est plus grand c'est-à-dire que le nombre atomique est plus grand. L'atome d'un alcalin s'ionise d'autant plus facilement que nous descendons dans la colonne c'est-à-dire en passant du lithium au césium. Interprétation électronique des propriétés des alcalins (CHAP 6) – Généralités CHIMIE INORG Par ordre croissant du caractère métallique, les alcalins se classent comme suit Li < Na < K < Rb < Cs. Le caractère métallique augmente de haut en bas dans la colonne et l'élément le plus électropositif et, partant, le plus métallique est le césium. Classement des alcalins Le sodium liquide est utilisé comme véhicule calorifique. Le césium, métal dont l'énergie d'ionisation est la plus faible, constitue la cathode sensible des cellules photoélectriques : l'énergie des rayons lumineux suffit à en éjecter l'électron de valence, électron qui est capté par l'anode. Usages CHAP 6. FAMILLE DES ALCALINS 6.1. Étude générale des alcalins 6.1.1. Propriétés physiques 6.1.2. Propriétés chimiques 6.1.3. Interprétation électronique des propriétés des alcalins 6.1.4. Classement des alcalins 6.1.5. Usages 6.2. Sodium et ses dérivés 6.2.1. Sodium 6.2.2. Chlorure de sodium 6.2.3. Hydroxyde de sodium 6.3. Dérivés du potassium 6.3.1. Engrais potassiques CHIMIE INORG (CHAP 6) – Sodium CHIMIE INORG Le Na est un solide mou, brillant s'il est fraîchement coupé, de masse volumique 0,9 g/cm3. Propriétés physiques Le Na chauffé brûle dans l'air avec une flamme jaune caractéristique du Na en donnant l'oxyde de sodium. Le Na est un métal très oxydable ; aussi est-il conservé, à l'abri de l'air, dans le pétrole. 4 Na + O2 → 2 Na2O A cause de sa grande affinité pour l'oxygène, le Na est réducteur. 2 Na + H2O → Na2O + H2 Na2O + H2O → 2 NaOH 2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2 Propriétés chimiques (CHAP 6) – Sodium CHIMIE INORG S/f de NaCl à l'état dissous dans les eaux marines (sel marin) ou à l'état solide dans le sol (sel gemme). Etat naturel Dans l'industrie, on prépare le Na en électrolysant entre une cathode en fer et une anode en graphite le NaCl fondu Cathode: Na+ + e- → Na Anode: Cl- → ½ Cl2 + e- Préparation Usages Le Na liquide est utilisé comme véhicule calorifique dans les réacteurs nucléaires et dans certains moteurs d'avion à cause de sa bonne conductibilité thermique et de la grande échelle ther mique (de 97° C à 880° C) où il reste liquide. (CHAP 6) – Chlorure de Sodium CHIMIE INORG Le NaCl est un solide blanc cristallisé en cubes s'associant souvent en trémies Ses cristaux dépourvus d'eau de constitution retiennent cependant entre eux de l'eau dite « eau d'interposition ». En se vaporisant sous l'action de la chaleur, l'eau d'interposition sépare violemment les cristaux. Il est soluble dans l'eau. La solubilité du sel dans l'eau varie peu avec la température. Propriétés physiques Il ne présente pas de caractères acide et basique : il est neutre. Propriétés chimiques Etat naturel A l'état dissous dans les eaux marines (sel marin) ou à l'état solide dans le sol (sel gemme) (CHAP 6) – Chlorure de Sodium CHIMIE INORG Décantation des matières en suspension dans l'eau : sable, matières organiques, etc. Evaporation lente dans un bassin très étendu; l'hydrogénocarbonate de calcium se transforme en CaCO3 par volatilisation du CO2. Lorsque la saturation en CaSO4 est sur le point d'être atteinte, on passe dans un second bassin : Evaporation en déposant du CaSO4. Lorsque la solution est proche de la saturation en NaCl, on passe dans des bassins appelés « tables salantes » : par évaporation, elle y dépose du sel. Extraction à partir de l’eau de mer (CHAP 6) – Chlorure de Sodium CHIMIE INORG Le sel est traité par l'eau : la terre et les composés du calcium ne se dissolvent pas tandis que le sel et les composés du magnésium se dissolvent La solution clarifiée par décantation est soumise soit à l'évaporation, soit à l'ébullition : dans le premier cas, le sel se ras semble en croûte à la surface de la solution (gros sel) ; dans le se cond cas, le sel se dépose au fond du récipient sous forme de petits cristaux (sel fin). Extraction à partir du sel gemme Usages Dans l'économie domestique : assaisonnement des mets ; conservation de la viande, du poisson, du beurre, du fromage, des légumes, etc. Fabrication industrielle des produits : NaOH, Na2CO3, Na2SO4, etc. ; Cl et ses dérivés ; HCl... (CHAP 6) – Hydroxyde de Sodium CHIMIE INORG Vulgairement appelé soude caustique, est un solide blanc très soluble dans l'eau. Il doit être manipulé avec précaution, car il corrode la peau. Il se liquéfie en absorbant la vapeur d'eau de l'air : il est déliquescent. Propriétés physiques NaOH est une base forte. Il réagit avec les acides pour donner des sels de sodium et de l'eau (neutralisation). HCl + NaOH → NaCl + H2O NaOH précipite la plupart des métaux de leurs sels sous forme d'hydroxydes. CuSO4 + 2 NaOH → Cu(OH)2 + Na2SO4 NiSO4 + 2 NaOH → Ni(OH)2 + Na2SO4 MnSO4 + 2 NaOH →Mn(OH)2 + Na2SO4 Propriétés chimiques (CHAP 6) – Hydroxyde de Sodium CHIMIE INORG Dans le procédé Solvay avec l'électrolyse du NaCl fondu, le Na dégagé à la cathode se dissout dans le Hg pour former un amalgame (combinaison Na-Hg) qui se dilue dans le mercure. La saumure qui quitte la cellule est appauvrie en NaCl (20 %) : elle passe dans un bac à sel pour être reconcentrée et retourne à la cuve à électrolyse. Le Hg qui quitte la cellule tombe dans la pile à décomposition où il est mis en contact avec un courant d'eau de sens inverse au courant de Hg. Au contact de l'eau, l'amalgame se décompose et le Na réagit avec l'eau pour former de la NaOH. Circulant à contre-courant la solution s'enrichit en NaOH tandis que le Hg s'appauvrit en amalgame : on règle le débit de façon à recueillir une solution à 25 % de NaOH. Préparation La soude caustique est utilisée pour la fabrication des savons durs ; pour le dégraissage des bouteilles, des verres, etc. Usages (CHAP 6) – Engrais potassiques CHIMIE INORG Le K est un élément indis pensable à uploads/Sante/ cours-de-chimie-inorganique-bac-1-chap-6-et-7.pdf