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La chimie le 06-06-2021
Au-dessus vous avez une molécule organique.
Il y a la chimie minérale et la chimie organique du vivant (du carbone).
La chimie minérale
La plus petite des particules de la matière minérale obtenue par le concassage s'appelle la molécule.
Si vous écrasez de la craie un moment donné plus moyen de l'écraser, on obtient alors une molécule de cette craie.
Une molécule contient un atome ou plusieurs atomes.
Exemples de molécule
Dihydrogène
Une molécule d'air, dioxygène
Diverses molécules
Le plus petit des atomes est l'hydrogène. Et c'est celui que l'on retrouve le plus dans les univers et le soleil. vidéo 1,
Il est quasi partout. Et 1 kg d'hydrogène = 3 kg de pétrole en énergie.
L'hydrogène peut s'associer à beaucoup d'autres atomes.
Logiciel pour voir en 3D une molécule.
Bohr donne un explication de cette atome en 1913.
Élaboré en 1839, le tableau périodique de Mendeleïev nous indique la quasi-totalité des atomes qu'il existe dans la nature, ces atomes sont aussi appelés éléments du tableau Mendeleïev . Vidéo 1,
Le tableau périodique vidéo,
Les atomes
En 1909, Rutherford fait une expérience avec une feuille d'une très fine couche d'Or, il fait passer au travers de celle-ci un certain rayonnement et il s'aperçoit que des rayons reviennent vers l’émetteur, car ils rebondissent sur les noyaux des atomes d'Or de cette feuille d'Or.
Donc cela démontre que les atomes d'Or possèdent un noyau !
En électricité, on sait qu'il y a 2 sortes d'électricités, de l'électricité de charge négative et de l'électricité de charge positive.
2 charges de mêmes signes se repoussent et 2 charges de signes contraires s'attirent.
Maintenant, vous savez qu'un atome possède un noyau atomique.
Le diamètre de l'atome d'hydrogène est de 1,06 Ångström.
Le noyau de l'atome est de charge électrique positive.
S'il y a une charge positive dans un atome, il y a nécessairement quelque part dans l'atome une charge électrique négative. Car toute charge positive attire une charge négative d'après la loi de coulomb.
Dans un atome, il y a au moins 1 électron qui porte une charge électrique négative.
Dans le noyau de l'atome, on sait maintenant qu'il y a une charge positive.
Le porteur de charge positive sera appelé le proton.
Donc, il y a au minimum dans un noyau 1 proton.
Ces 2 particules élémentaires sont en réalité, très complexes.
Retient qu'un atome seul dans son état naturel est neutre en charge électrique.
De ce simple fait, il y a autant d'électrons que de protons.
Si ce n'est pas le cas, on a plus un atome mais plutôt un ion.
Un ion est un atome modifié. Il existe des ions + et des ions -.
Dans la sauce d'un atome, il nous manque encore une 3e particule, que l'on appellera le neutron. Le neutron est neutre en charge électrique, il ne possède donc aucune charge électrique.
Maintenant, nous savons qu'un atome est constitué de 3 types de particules différents.
Les électrons, les protons et les neutrons. Ce n'est déjà pas si mal que cela.
Et comme toujours, il y a une seule exception à cette règle, c'est l'hydrogène qui est sur la terre et qui ne possède pas de neutron. Et en plus, il existe aussi de l'hydrogène qui possède un neutron. Et par-dessus le marché, il existe un hydrogène qui contient 2 neutrons.
1- L'hydrogène qui n'a pas de neutron, s'appelle le protium, 1 proton.
2- L'hydrogène qui possède 1 neutron, s'appelle le deutérium, 1 proton et 1 neutron.
3- L'hydrogène qui possède 2 neutron, s'appelle le tritium, 1 proton et 2 neutrons.
Un atome possède une masse dite ''masse atomique''.
Le plomb pèse plus lourd que le cuivre.
C'est le noyau de l'atome qui est de loin le plus lourd.
Les électrons ont une masse ridiculement très, mais vraiment très petite et parfaitement négligeable.
Maintenant pour éclaircir un peu les choses, on va vous donner les symboles de la chimie minérale.
Le nucléon
Un nucléon est un proton ou bien un neutron.
Le noyau de l’atome contient un certain nombre de nucléons.
X est le nom de l'élément du tableau de Mendeleïev ou le nom de l'atome.
Z est le nombre de protons qui est aussi égal au nombre d'électrons. On dit que c'est le numéro atomique de l'élément (de l'atome)
A est le nombre de masse de l'élément (de l'atome).
Attention tout de même de bien faire la différence entre Z et A, car par le passé, Z était situé dans le coin supérieur gauche.
Dans le tableau périodique dit aussi le tableau de Mendeleïev, les atomes sont tous classés par leur numéro atomique Z.
Les isotopes
Par exemple, on a vu qu'il existe 3 types d'atomes d'hydrogène en fonction de leur nombre de neutrons. Il y a donc 3 isotopes différents pour l'hydrogène. Ils sont notés 1H pour 1 proton, 2H pour 1 proton plus 1 neutron et 3H pour 1 proton plus 2 neutrons.
Dans le tableau périodique les isotopes ne sont pas marqués.
Il existe des isotopes stables et des isotopes instables.
Dans la nature on ne trouve que des isotopes stables, bien parce qu’ils sont stables.
Donc 1H et 2H sont stables mais pas 3H.
Comment trouver le nombre de neutrons d’un atome.
Le nombre de neutrons = A-Z.
Explication, la masse de 1 nucléon est d'à peut près de 1, quant on considère que le proton à presque la même masse que le neutron.
Maintenant, on va voir la masse atomique, c'est assez compliqué mais pas insurmontable.
Ce qui complique les choses, c'est que la masse d'un proton lié est un peu différente avec celle d'un proton non lié dans le noyau.
La masse du proton est un peu différente de celle d'un neutron.
La masse des électrons n'est pas tout à fait nulle. En plus de cela les différents isotropes compliquent aussi les choses.
Vous voyez le top pot. Je vous ai dit que l'électron et le proton sont assez mystérieux, ils sont des particules quantiques.
D'abord calculer la masse d'un seul atome n'a pas vraiment de sens.
C'est pourquoi on a inventé le nombre d'Avogadro, un nombre d'atomes toujours le même qui représente une mole. On vient de redéfinir ce nombre aujourd'hui dans le système international.
Il est de 6,022 140 76 × 1023 mol−1
Vous voyez le nombre d'atomes estimé dans une mole.
C'est pour cela que l'on va calculer en moles.
Une mole de gaz est de ~ 23 Litres ou 23 dm3.
Ce qui compte c'est d'avoir toujours le même nombre d'atomes dans la mole ou le même nombre de molécules dans la mole.
Donc, une mole de fer = 55,85 gr / mol et comporte 6,022 140 76 × 1023 atomes de fer.
Donc, une mole de chrome = 52 gr / mol et comporte 6,022 140 76 × 1023 atomes de chrome.
Donc, une mole de béryllium = 9,012 gr / mol et comporte 6,022 140 76 × 1023 atomes de béryllium.
Donc, une mole de hélium = 4,003 gr / mol et comporte 6,022 140 76 × 1023 atomes d'hélium.
Donc, une mole d'étain = 118,7 gr / mol et comporte 6,022 140 76 × 1023 atomes d'étain.
Donc, une mole de calcium = 40,08 gr / mol et comporte 6,022 140 76 × 1023 atomes de calcium.
Donc, une mole d'uranium = 238 gr / mol et comporte 6,022 140 76 × 1023 atomes d'uranium.
La masse molaire s'exprime donc en gr / mol.
Bien attention une molécule n'est pas toujours constituée d'un seul atome.
La molécule du Dihydrogène est constituée de 2 atomes d'hydrogène liés.
Une mole de Dihydrogène est constituée de 6,022 140 76 × 1023 molécules de Dihydrogène.
La molécule de l'eau est constituée de 2 atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène.
Une mole d'eau est constituée de 6,022 140 76 × 1023 molécules d'eau.
Dans le nouveau tableau périodique des éléments, on ne devrait jamais dépasser 172 atomes différents. Le noyau atomique devient tellement danse (lourd) qu'il se désintégrerait. Il y a des atomes artificielles créés par les hommes qui ne dure pas très longtemps.
On peut dire que la masse molaire du nucléon est d'environ de 1 g / mol. Cela faciliterait beaucoup les calculs avec toute fois une faible erreur.
Dans le cas de l'hydrogène du nouveau tableau périodique, on y trouve 2 masses atomiques, celle de gauche est la masse atomique du proton et celle de droite et la masse atomique du neutron, bien attendu si l'hydrogène possède un proton.
La masse molaire de l'hydrogène 1H vaut 1,007 gr / mol.
La masse molaire de l'hydrogène 2H vaut 1,007 +1,009 = 2,016 gr / mol.
La masse de l’électron est de 9,1094 10-31 kg.
La masse du proton est 1,6726 10-27 kg. ~ 1,007 / 6,022 140 76 × 1023
La masse du neutron est 1,6749 10-27 kg. ~ 1,009 / 6,022 140 76 × 1023
Une molécule d’eau (H2O) = M(H2O) = 2*1,00794 + 15,9994 = 18,01528 gr / mol.
Le tableau périodique
Les électrons orbitent autour du noyau par couches que l'on nomme la période.
Ils ont tous la même polarité électrique donc, ils se repoussent entre eux.
Une rangée, c'est une période, la période est dite complète pour les gaz rares.
La première période ne compte que 2 atomes, l'hydrogène et l'hélium, cette période est complète avec sur sa couche externe 2 électrons.
Pour toutes les autres périodes la couche externe est dite complète s'il y a 8 électrons.
Il existe 3 possibilités en soie.
-- Si une couche externe possède moins de 4 électrons,
ces atomes vont vouloir en prêter aux autres atomes pour que la dernière couche précédente compte 8 électrons. On les appelle des conducteurs qui ont des électrons libres.
-- Si une couche externe possède plus que 4 électrons, ils vont vouloir en prendre aux autres atomes. On les appelle des isolants.
-- Si une couche externe possède 4 électrons, ils vont vouloir en prendre aux autres atomes ou bien en donner aux autres atomes. On les appelle des semi-conducteurs et ils sont utilisés par l'électronique.
C'est de cette manière que des liaisons entre atomes vont se faire.
Et voilà pourquoi un gaz rare est un gaz, leur couche externe est complète et ses atomes ne se lient pas à d'autres atomes.
Nous remarquons facilement qu'un métal et un isolant aurons plus de facilité à se lier.
Car l'un le métal veut prêter des électrons à un isolant. Bien sûr, il y aura des liaisons plus fortes que d'autres liaisons.
Jusqu'ici la théorie sur l'électricité et la chimie sont les mêmes.
Attention, c'est une belle image de liaison d'atomes, mais ce n'est pas la réalité.
En réalité les électrons et les protons sont très bizarres.
Les électrons pourraient se trouver à plusieurs endroits à la fois dans un même temps.
Les électrons semblent être légèrement perturbés par le vide quantique.
Le vide est composé de particules virtuelles qui y bouillonnent en des durées très courtes.
Dans le vide quantique, il semble y avoir de l'énergie. Le vide n'est pas vide.
Le vide est très mystérieux. En plus les électrons se trouveraient au bord d'un terrain de football, et en son centre une noisette représenterait le noyau de l'atome.
Pour mettre tous cela ensemble à vrai dire, il n'existe aucune image possible qui représenterait l'ensemble des liaisons d'atomes.
Cette belle image n'est donc pas réelle, mais explique un peu en soie la liaison d'atomes.
Il faut bien commencer par quelque chose de plus facile.
La nature semble paresseuse, elle recherche toujours le moins coûteux en énergie et c'est pour cela qu'elle est passionnante et très efficace. Nous, les humains, nous n'arriverions jamais à tout comprendre. Et il est bien qu'il en soit ainsi.
Les électrons sont des poteurs de charge négative de même polarité, et donc ils se repoussent.
Le noyau étant porteur de charge positive, il attire les électrons.
Vous allez me dire pourquoi les électrons ne tombent pas sur le noyau de l'atome.
Quand on est sur un manège qui tourne et plus vite il tourne et plus on est propulsé vers l'extérieur. Quand on avance vers le noyau, on gagne de la vitesse et plus on est propulsé vers l'extérieur. Ce manège est représenté par une orbitale. Quand on gagne de la vitesse, on a beaucoup plus de chances d'être perturbé par le vide. Le vide possède de l'énergie qui crée des particules virtuelles de matière et d'antimatière pendant des très courtes durées. Les impulsions en des temps de très courte durée possèdent des puissances gigantesques. Comme les impulsions de Dirac.
Pour l'hydrogène et l'hélium, nous avons une sphère.
La réalité est tout autre, mais c'est une première approche de l'orbitale.
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