SUJETS ABORDÉS
Chapitre
1
Particules fondamentales
■
Numéro atomique, nombre de masse et isotopes
■
Vue d’ensemble de la théorie quantique
■
Orbitales de l’atome d’hydrogène et nombres
■
quantiques
L’atome polyélectronique, le principe de
■
construction et les configurations électroniques
Le tableau périodique
■
Énergies d’ionisation et affinités électroniques
■
Introduction
1.1
La chimie inorganique n’est pas un domaine
isolé de la chimie
Si on considère que la chimie organique est la « chimie du carbone », la chimie inorganique est alors la chimie de tous les éléments autres que le carbone. C’est vrai en général, mais il y a
évidemment des recouvrements entre ces domaines de la chimie.
Un exemple d’actualité est la chimie des fullerènes (paragraphe 14.4) comme le C 60 (figure 14.5) et le C 70 ; c’était l’objet du
prix Nobel 1996 attribué aux professeurs Sir Harry Kroto, Richard
Smalley et Robert Curl. Pour comprendre ces molécules et des
espèces voisines appelées nanotubes (paragraphe 28.8), des
chimistes organiciens, des chimistes inorganiciens et des physicochimistes ainsi que des physiciens et des spécialistes des matériaux doivent les étudier.
La chimie inorganique n’est pas simplement l’étude des éléments et de leurs composés ; c’est aussi l’étude de principes physiques. Par exemple, pour comprendre pourquoi certains composés
sont solubles dans un solvant donné et pourquoi d’autres ne le sont
pas, nous appliquons les lois de la thermodynamique. Si nous désirons proposer les détails d’un mécanisme réactionnel, nous devons
connaître la cinétique de la réaction. Le recouvrement entre la
chimie physique et la chimie inorganique est également important pour l’étude des structures moléculaires. À l’état solide, les
méthodes de diffraction des rayons X sont utilisées couramment
pour obtenir des représentations de la disposition des atomes d’une
molécule ou d’un ion moléculaire. Pour interpréter le comportement des molécules en solution, nous utilisons des techniques physiques comme la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire
(RMN) ; l’équivalence ou la non-équivalence de noyaux particuliers à l’échelle de temps de la spectroscopie indique si une
molécule est statique ou si elle subit un processus dynamique
(paragraphe 3.11). Dans cet ouvrage, nous décrivons les résultats de ces expériences, mais nous n’étudierons pas, en général, les
théories sous-jacentes. Plusieurs ouvrages qui traitent des détails
expérimentaux de ces techniques sont listés à la fin des chapitres 1
à 3.
Les buts des chapitres 1 et 2
Dans les chapitres 1 et 2, nous exposons brièvement quelques
concepts importants pour la compréhension de la chimie inorganique. Nous avons supposé que le lecteur est familiarisé dans une
certaine mesure avec la plupart de ces concepts et nous voulons lui
donner un point de référence pour des révisions.
Particules fondamentales de l’atome
1.2
L’atome est la plus petite quantité d’un élément capable d’exister,
seule ou en combinaison chimique avec d’autres atomes du même
élément ou d’autres éléments. Les particules fondamentales qui
constituent l’atome sont le proton, l’électron et le neutron.
Le neutron et le proton ont à peu près la même masse et, comparée à celle-ci, la masse de l’électron est négligeable (tableau 1.1).
La charge du proton est positive et de même grandeur que celle
de l’électron chargé négativement, mais de signe opposé ; le neutron n’est pas chargé. L’atome de tout élément contient des nombres égaux de protons et d’électrons, et l’atome est donc neutre. Le
noyau de l’atome est constitué de protons et (sauf dans le cas du protium, paragraphe 10.3) de neutrons, et est chargé positivement ;
le noyau du protium est constitué d’une seul proton. Les électrons
occupent une région de l’espace autour du noyau. Presque toute
la masse de l’atome est concentrée dans le noyau, mais le volume
Concepts fondamentaux : les atomes
Chapitre
1
Particules fondamentales
■
Numéro atomique, nombre de masse et isotopes
■
Vue d’ensemble de la théorie quantique
■
Orbitales de l’atome d’hydrogène et nombres
■
quantiques
L’atome polyélectronique, le principe de
■
construction et les configurations électroniques
Le tableau périodique
■
Énergies d’ionisation et affinités électroniques
■
Introduction
1.1
La chimie inorganique n’est pas un domaine
isolé de la chimie
Si on considère que la chimie organique est la « chimie du carbone », la chimie inorganique est alors la chimie de tous les éléments autres que le carbone. C’est vrai en général, mais il y a
évidemment des recouvrements entre ces domaines de la chimie.
Un exemple d’actualité est la chimie des fullerènes (paragraphe 14.4) comme le C 60 (figure 14.5) et le C 70 ; c’était l’objet du
prix Nobel 1996 attribué aux professeurs Sir Harry Kroto, Richard
Smalley et Robert Curl. Pour comprendre ces molécules et des
espèces voisines appelées nanotubes (paragraphe 28.8), des
chimistes organiciens, des chimistes inorganiciens et des physicochimistes ainsi que des physiciens et des spécialistes des matériaux doivent les étudier.
La chimie inorganique n’est pas simplement l’étude des éléments et de leurs composés ; c’est aussi l’étude de principes physiques. Par exemple, pour comprendre pourquoi certains composés
sont solubles dans un solvant donné et pourquoi d’autres ne le sont
pas, nous appliquons les lois de la thermodynamique. Si nous désirons proposer les détails d’un mécanisme réactionnel, nous devons
connaître la cinétique de la réaction. Le recouvrement entre la
chimie physique et la chimie inorganique est également important pour l’étude des structures moléculaires. À l’état solide, les
méthodes de diffraction des rayons X sont utilisées couramment
pour obtenir des représentations de la disposition des atomes d’une
molécule ou d’un ion moléculaire. Pour interpréter le comportement des molécules en solution, nous utilisons des techniques physiques comme la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire
(RMN) ; l’équivalence ou la non-équivalence de noyaux particuliers à l’échelle de temps de la spectroscopie indique si une
molécule est statique ou si elle subit un processus dynamique
(paragraphe 3.11). Dans cet ouvrage, nous décrivons les résultats de ces expériences, mais nous n’étudierons pas, en général, les
théories sous-jacentes. Plusieurs ouvrages qui traitent des détails
expérimentaux de ces techniques sont listés à la fin des chapitres 1
à 3.
Les buts des chapitres 1 et 2
Dans les chapitres 1 et 2, nous exposons brièvement quelques
concepts importants pour la compréhension de la chimie inorganique. Nous avons supposé que le lecteur est familiarisé dans une
certaine mesure avec la plupart de ces concepts et nous voulons lui
donner un point de référence pour des révisions.
Particules fondamentales de l’atome
1.2
L’atome est la plus petite quantité d’un élément capable d’exister,
seule ou en combinaison chimique avec d’autres atomes du même
élément ou d’autres éléments. Les particules fondamentales qui
constituent l’atome sont le proton, l’électron et le neutron.
Le neutron et le proton ont à peu près la même masse et, comparée à celle-ci, la masse de l’électron est négligeable (tableau 1.1).
La charge du proton est positive et de même grandeur que celle
de l’électron chargé négativement, mais de signe opposé ; le neutron n’est pas chargé. L’atome de tout élément contient des nombres égaux de protons et d’électrons, et l’atome est donc neutre. Le
noyau de l’atome est constitué de protons et (sauf dans le cas du protium, paragraphe 10.3) de neutrons, et est chargé positivement ;
le noyau du protium est constitué d’une seul proton. Les électrons
occupent une région de l’espace autour du noyau. Presque toute
la masse de l’atome est concentrée dans le noyau, mais le volume
Concepts fondamentaux : les atomes