Chimie générale

Chimie générale

1) Structure atomique

1. Constitution

L'atome est constitué de deux parties :

- un noyau central

- un nuage électronique

Le noyau contient deux particules : les neutrons et les protons appelés nucléons.

Le proton est chargé positivement (+) de charge Qp égale à la charge élémentaire e (Qp = +e ) et de masse mp. (1,67x10-27kg)

Le neutron est sans charge mais de masse mn sensiblement égale à celle du proton.

Le cortège électronique contient des électrons chargés négativement de charge Qe = -e et de masse me très faible. (9,1x10-31 kg)

Particule Charge électrique en Coulombs (C) Masse en Kg

Proton Qp= +e= +1,6.10-19C Mp =1,67.10 -27 Kg

Neutron Qn= 0C Mn =1,67.10-27 Kg

Électron Qe= -e = -1,6.10-19C Me =9,11.10-31 Kg

a.10n ou 1<= a < 10

mp= 1833 x me-

Le noyau peut être assimilé à une sphère chargée (+) et de rayon égal à 10-15m = 1Fm (fémtomètre). Sa masse est pratiquement celle de l'atome (la masse des électrons étant négligeable).

2) Caractéristiques de l'atome

a. Le numéro atomique Z

C'est le nombre de protons contenus dans le noyau, c'est aussi le nombre de charges.

Charge du noyau = Zx(+e)

L'atome étant électriquement neutre, Z représente aussi le nombre d'électrons.

Charge du cortège électronique = Zx(-e)

L'atome est électriquement neutre.

b. Le nombre de masse A

C’est le nombre de nucléons contenus dans le noyau

A= nombre de protons + nombre de neutrons (nombre de nucléons)

c. Symbole de l’atome

Un atome est symbolisé par : zaX

X : L’élément chimique

Exemple :1735Cl (Chlore)

Le a sera toujours supérieur au z .

d. La masse d’un atome

m(zaX) = Z.mp+ (A-Z).mn + Z.me

m(zaX) = A.mn

avec mn : masse d’un nucléon

Exemple : Calculer la masse d’un atome de fer de symbole : 2656Fe

mFe = 56*1,67.10-27 = 9,352.10-26Kg donc 9,35.10-23g (car 1kg = 10 3g) donc on ajoute 3 a la puissance de 1à du chiffre précèdent.

e. Les isotopes

Définition : On appelle isotopes d’un même élément X des atomes dont les noyaux possèdent le même nombre de protons (même numéro atomique Z) mais des nombres de neutrons différents (nombre de masse A différent).

Exemple : Hydrogène 11H , 12H, 13H

Carbone : 612C, 613C, 614C

3) La mole d’atome

a. Le nombre d’Avogadro

L’atome étant trop petit pour imaginer travailler sur 1 seul. On a défini une nouvelle unité : LA MOLE.

La mole d’atomes de symbole X est la quantité de matière renfermant un nombre NA de cet atome.

NA étant le nombre d’Avogadro

Pour calculer une quantité de matière on peut utiliser le calcul n=N/Na

• n quantité de matière en mol

• N sans unité

• Na nombre d’Avogradro

De façon plus générale on appelle mole, la quantité de matière renfermant NA espèces élémentaires (particules)=(atomes, molécules, ions, électrons…)

NA = 6,02.1023mol-1 (ou 6,02.1023 /mol)

b. La masse molaire

La masse molaire atomique d’un atome est la masse d’une mole de cet atome. On la note M et elle s’exprime en g.mol-1 (= g/mol). C’est aussi le nombre de masse A.

La masse molaire moléculaire d’une molécule est la masse d’une mole de cette molécule. C’est la somme des masses molaires atomiques des atomes constituant la molécule.

Exemple : Masse moléculaire de l’eau

M(H2O)=2.M(H) + M(O) = 2x1+1x16 = 18g.mol-1

Masse moléculaire de l’éthane : M(C2H6)= 2.M(C)+ 6.M(H) = 2x12+ 6x1 = 30 g/mol

c. Quantité de matière et masse

La quantité de matière n d’un échantillon, sa masse m et la masse molaire moléculaire M de son espèce chimique sont reliées par :

• Dans la cas d’un échantillon solide : n = (m/M) ;

o -n en mol : quantité de matière de l’échantillon.

o -m en g : masse d’échantillon.

o -M en g/mol : la masse molaire des entités contenues dans l’échantillon.

Exemple : Calculer la quantité de matière contenu dans un clou en fer, de masse = 2g

Masse molaire du Fer = 55,8g/mol

n = 2/55,8 = 0,036 mol = 3,6.10-2 mol

• Dans le cas d’un liquide : n=(pxV)/M

o p en g/cm : masse volumique du liquide

o V en mL= cm 3 : volume du liquide

1mL=1cm3

Exemple : Calculer la quantité de matière contenue dans un volume V=50mL d’eau. La masse volumique de l’eau c’est peau=1g/cm3

n = 1x50/18 = 2,8 mol

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