4.4.1 Comment écrire une molécule
Selon les besoins, les chimistes disposent de plusieurs écritures ou formules pour un corps donné.
– La formule brute : elle indique la nature et le nombre des atomes présents dans le composé.
exemple du butane : C4H10
– La formule développée : elle fait apparaitre tous les atomes et toutes les liaisons du composé.
exemple du butane :
– La formule semi-développée : elle fait apparaitre tous les atomes et toutes les liaisons entre atomes à l’exception des liaisons avec les atomes d’hydrogène.
exemple du butane :CH3−CH2−CH2−CH3 Exercice :
Écrire les formules développées et semi développées des composés suivants :C2H6etC2H7N
4.4.2 Notion d’isomérie
Lors de l’exercice précédent, on remarque que la formule bruteC2H7N correspond à plusieurs composés de formule développées différentes. Ce sont des isomères.
Définition :
Des isomères sont des composés de formule brute identique mais de formules développées ou semi-développées différentes.
Remarque :
Des isomères n’ont pas le même nom et possèdent des propriétés physiques et chimiques dif-férentes.
Exemple :
Dans le gaz naturel, composé essentielement de méthane (CH4), on trouve en faible propor-tion deux isomères de formule bruteC4H10 :
CH3 − CH − CH3 CH3 − CH2 − CH2 − CH3
| CH3
2−methylpropane butane
Exercice :
Écrire les isomères des composés suivants : C5H12et C3H9N
4.4.3 La géométrie de quelques molécules
Répulsion des doublets électroniques Principe :
Deux charges électriques de mêmes signes se repoussent. Plus les charges sont proches, plus la répulsion est forte. Dans le modèle de Gillespie1, on oriente les doublets liants et non liants d’une molécule de manière à ce qu’ils soient le plus loin possible les uns des autres. De la sorte on minimise les répulsions électriques entres doublets d’électrons.
En classe de seconde on ne s’intéresse qu’aux molécules simples, i.e. les molécules avec un atome central auquel tous les autres sont liés. De plus, pour les atomes étudiés, il y a 1 ou 4 doublets comme vu précédemment pour les règles du duet et de l’octet.
→ Si il y a un seul doublet, la molécule est linéaire (H2)
→ Si il y a 4 doublets, mais deux liaisons doubles, on obtient également une molécule linéaire (CO2). Idem pour 1 doublet non liant et une liaison triple (N2).
→ Si il y a 4 doublets mais 1 liaison double et deux liaisons simples, on obtient une molécule triangle plan (CH2O)
→ Si il y a 4 doublets autour de l’atome central et pas de liaisons multiples, ils sont disposés aux sommets d’un tétraèdre régulier. Selon qu’il y ait des atomes ou non sur ces doublets on obtient des molécules tétraèdrique (CH4), pyramidale (N H3) ou coudée (H2O).
La représentation de Cram
A ce stade se pose à nous le problème de représenter en 2 dimensions sur la page de notre cahier une molécule en 3 dimensions. On utilise la représentation de Cram2dont les conventions sont les suivantes :
– On ne représente pas les doublets non-liants.
– H−C : les atomes H et C sont dans le plan de la page.
– H IC : C est dans le plan de la page et H est en avant de ce plan.
– H BC : C est dans le plan de la page et H est en arrière de ce plan.
Exercice :
Donner la représentation de Cram des molécules citées précédemment.
1. Ronald J. Gillespie, C. M., (né le 21 août 1924), professeur de chimie à l’Université McMaster au Canada, est spécialiste au domaine de la géométrie moléculaire
2. Donald James Cram (22 avril 1919 – 17 juin 2001) était un chimiste américain co-lauréat du prix Nobel de chimie en 1987 avec Jean-Marie Lehn et Charles J. Pedersen pour la « synthèse de molécules tridimensionnelles qui pouvaient mimer le fonctionnement des molécules naturelles ». Il reçut également le Prix de la National Academy of Sciences en sciences chimiques
Chapitre 5
La classification périodique
5.1 Approche historique [TD]
Mendeleïev est né à Tobolsk, en Sibérie. Il étudia la chimie à l’université de Saint-Pétersbourg et, en 1859, il fut envoyé à l’université de Heidelberg. Là-bas, il rencontra le chimiste italien Stanislao Cannizzaro, dont les idées sur le poids atomique influencèrent sa réflexion. Mendeleïev retourna à Saint-Pétersbourg et enseigna la chimie à l’Institut technique en 1863. Il fut nommé professeur de chimie générale à l’université de Saint-Pétersbourg en 1866. Mendeleïev fut un professeur renommé et, aucun bon manuel de chimie n’étant disponible, il rédigea ses Principes de la chimie en deux volumes (1868-1870). Cet ouvrage est devenu un classique.
En écrivant ce livre, Mendeleïev essaya de classer les éléments selon leurs propriétés chimiques.
En 1869, il publia sa première version de ce qui deviendra le tableau périodique. En 1871, il en publia une version améliorée, laissant des cases vides pour des éléments encore inconnus. Son tableau et ses théories furent d’autant mieux accueillis que l’on découvrit successivement trois éléments dont il avait envisagé l’existence : gallium, germanium et scandium.
Les recherches de Mendeleïev portèrent également sur les solutions, la dilatation thermique des liquides et la nature du pétrole. En 1887, il entreprit un vol en ballon en solitaire pour étudier une éclipse solaire.
En 1890, il se dut quitter son activité universitaire à cause de ses idées politiques progressistes et de son plaidoyer pour les réformes sociales. En 1893, il devint directeur du Bureau des poids et mesures de Saint-Pétersbourg et occupa ce poste jusqu’à sa mort.
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Travail à réaliser
A l’aide de la biographie ci-contre et de l’extrait du manuscrit original de Mendéleïev (au dos), vous répondrez au questionnaire sur une feuille. Vos réponses devront être justifiées à l’aide d’exemples pris dans les textes.
Questionnaire sur les principes de chimie 1. Quel est l’objectif de Mendeleïev au départ ?
2. Quelle est la découverte qui a permis que l’on prenne ses travaux au sérieux ? 3. Dans son texte, Mendeleïev parle de « groupes d’éléments semblables ».
– Quel est le nom que l’on donne à ces groupes ? – Qu’est-ce qui est semblable ?
4. « L’oxygène, [. . . ] possèdent des analogues. . . »
– Qu’est ce que cela veut dire que l’oxygène possède un analogue ?
– A l’aide de vos connaissances précédentes pouvez vous citer un analogue du brome ? – Les ressemblances entre deux analogues sont-elles parfaites ? Pour quelle(s) raison(s) ? 5. Quelle est la propriété d’un corps que l’on peut mesurer exactement ?
6. Quel va alors être le second critère, qui associé aux analogies, va permettre de classer les éléments les uns par rapport aux autres ?
7. Vous avez déjà vu des éléments ayant des propriétés semblables. A l’aide de vos connais-sances et du « bout » de tableau donné par Mendeleïev, pouvez vous donner les analogues du sodium (Na), et les analogues du strontium (Sr).
8. Le magnésium donne l’ion M g2+. Quel ion va donner le calcium (Ca) ? Justifiez.
9. Trois familles chimiques sont citées : les halogènes, les alcalins et les métaux. Pouvez vous citer les éléments appartenant à ces familles ?
10. Que nomme-t-on la loi périodique ?
11. Dans les conclusions de son article, Mendeleïev fait au moins trois prédictions. Quelles sont-elles ?
12. Pouvez vous proposer un modèle du tableau de Mendeleïev, sous forme de schéma, qui obéirait à la loi périodique.