Cours Atomistique Cours Chimie PDF

Université Sidi Mohamed Ben Abdellah COURS CHIMIE Faculté de Médecine 1ère année des études médicales et de Pharmacie de Fès Atomistique: Structure de l’atome...

Université Sidi Mohamed Ben Abdellah COURS CHIMIE Faculté de Médecine 1ère année des études médicales et de Pharmacie de Fès Atomistique: Structure de l’atome Pr Anissa LAHRICHI  DESCRIPTIF DU SOUS MODULE DE CHIMIE 10 heures de cours de chimie; pour objectifs: 1. Atomistique :  Connaître les caractéristiques des atomes et leurs configurations électroniques.  Assimiler les hybridations, la liaison covalente.  Assimiler les principes de l’établissement du tableau périodique. 2. Liaisons chimiques:  Formation des liaisons chimiques  Construire les diagrammes d’énergie. 3. Chimie et organique:  S’initier aux aspects statiques des molécules.  Connaître les différentes représentations chimiques.  Connaître les séries aliphatiques et aromatiques. 2  Savoir déterminer et classer les fonctions chimiques. À quoi sert la chimie dans la médecine? Science qui se consacre à l’étude de la:  composition,  Structure,  Propriétés de la Matière ainsi que les modifications qu’elle expérimente pendant les réactions Chimiques. Domaines d’application médicales  Médecine: la structure du corps, anesthésie;  Pharmacie: médicaments, excipient, principe actif, cosmétique, etc.  Dentaire: biomatériaux, implants, facettes, résine, PE,etc. 3  Éléments d'importance primordiale pour le règne végétal et animal Nom de Rôle dans les organismes vivants Source utilisable par Symbole l'élément l'homme Carbone C Constituant des protéines, glucides, lipides Viandes, fruits, légumes Liquides de l'organisme, indispensable pour les Hydrogène H Eau protéines, glucides et lipides Indispensable pour la respiration, les liquides de Air et eau Oxygène 0 l'organisme, les protéines, glucides et lipides Constituant des protéines, des acides nucléiques, de Viandes et poissons Azote N la chlorophylle Indispensable pour l'ATP, les phospholipides, les Viandes et lait Phosphore P acides nucléiques Viandes, poissons, œufs Soufre S Composant des protéines, de la coenzyme A Chlore Équilibre ionique aux travers des membranes, suc Sel de cuisine, aliments Cl gastrique salés Sodium Sel de cuisine, aliments Na Équilibre ionique au travers des membranes salés Équilibre anion-cation au travers des membranes, Potassium K Viandes, légumes verts influx nerveux Composant des os, des dents, des coquilles des Calcium Ca invertébrés, des parois des cellules végétales, Eaux dures, lait 4 indispensable pour la coagulation sanguine  Éléments d'importance primordiale pour le règne végétal et animal Rôle dans les organismes vivants Nom de l'élément Symbole - Permet de réduire les caries (eau fluorée) Fluor F - Permet de dépolir la céramique et le verre Lithium Li - Médicament pour traiter les états dépressifs Sodium Na - Transmission des influx nerveux dans le corps humain (extracellulaire) - Transmission des influx nerveux dans le corps humain (intracellulaire) Potassium K - Fabrication du verre Rubidium Rb - Utilisé en médecine pour localiser les tumeurs Magnésium Mg - Lait de magnésie (neutralise l’acidité de l’estomac) - Constituant essentiel du corps humain ( paroi-division cellulaire) Calcium Ca - Formation des os et fonctionnement du cœur Strontium - Colorant rouge pour la céramique Sr Silicium Si - Formation des os et des tissus conjonctifs - L’équilibre acide-base dans l’organisme Chlore Cl - Agit comme un agent de blanchiment - Utilisé comme sédatif dans certaines maladies nerveuses Brome Br - Utilisé en médecine pour le traitement de la glande thyroïde Iode () I - Présent dans les solutions antiseptiques 5 Qu'est ce que la Matière Matière vivante Matière inerte  Remarques 90% de la matière qui constitue les systèmes vivants est composée essentiellement de 4 éléments:  le carbone (C) « Chimie organique »  l’hydrogène (H)  l’azote (N)  l’oxygène (0)  I- Aperçu historique sur la découverte de l’atome Dès l’antiquité, les premiers scientifiques grecs se sont interrogés sur la constitution de la matière. Les philosophes Thales de millet et Empédocle énoncèrent la théorie des 4 éléments, théorie selon laquelle, tous les corps sont formés exclusivement de 4 éléments : l’eau, La terre, le feu et l’air. 4 Siècle avant JC, Démocrite émit l’idée que la matière était constituée de petites particules indivisibles appelé atomes (insécable en grec!). Malheureusement la faible notoriété de Démocrite comparée à celle d’Aristote partisan de la théorie des 4 éléments, mit à mal la théorie de Démocrite. 8  Pendant plus de 2000 ans, la théorie des 4 éléments fut celle communément admise et reconnue. Il faudra attendre le 19ème siècle et les travaux expérimentaux de John Dalton père de la théorie atomiste pour prouver que la théorie des 4 éléments était fausse et confirmer ainsi par l'expérience les hypothèses atomistes faites précédemment dans l'histoire par (Démocrite 2000 ans avant était l'un des premiers!) que la matière était constituée d’atomes. John Dalton: Physicien et chimiste anglais (1766, 1844). Classification d’éléments selon Dalton 9 Limite du modèle de Dalton !! Au cours du 20ème siècle, plusieurs scientifiques ont développé et proposé des modèle de l’atome au fur et à mesure que les connaissances évoluaient. Au début du 20ème siècle, Thomson découvre l’électron et prend pour modèle de 1904 l’atome celui d’un pudding chargé positivement fourrée d’électron chargé négativement. 5 Ans plus tard, tard, Rutherford découvre que l’atome est constitué d’un élément central, le noyau. Ce 1909 dernier est 100000 fois plus petit que l’atome. Dans son modèle, les électrons tournent autour du noyau, comme les planètes autour du soleil ! 10  Pour Niels Bohr, la théorie de Rutherford est correcte mais perfectible ! Il pense que les 1913 électrons se déplacent autour du noyau sur des orbites (couche) bien définies. Il peut y en avoir plusieurs sur une seule couche ! Erwin Schrödinger rejette cette idée de trajectoire de Bohr Pour lui, on ne peut connaitre les positions 1925 d’un électron précisément, mais on définit une probabilité de trouver un électron. 11  Evolution chronologique simplifiée de l’évolution de l’histoire de l’atome Atome: partie insécable de la matière 12 II- Caractéristique de l’atome:  Matière formée particules élémentaires = Atomes  118 espèces jusqu’ici; différents par leurs structures électroniques. Structure de l’atome: Atome = noyau + électrons Noyau: Nucléons (A) = Protons (p) + Neutrons (n) Nuage périphérique: Cortège d’électrons (e-) tournent à des vitesses prodigieuses autour noyau. 13 Modèle simplifié d’atome Comment ces particules ont été mises en évidence par les chercheurs atomistes? 14  L’expérience de William Crookes (Britannique,1895 ) Expérience importante sur les atomes; Il utilise un tube en verre appelé aujourd’hui tube de Crookes. C’est un tube en verre, de forme conique, à l’intérieur duquel sont fixées une cathode métallique circulaire, une anode entre lesquelles il applique une tension d’environ 10 000 volts. A l’intérieur de ce tube, il réalise un vide, très poussé (de l’ordre du millième de millimètre de mercure). Les rayons cathodiques se propagent en ligne droite.. Il observe alors que pour une pression faible, un rayonnement issu de la cathode et provoquant une luminescence sur les parois du tube. Il donne à ces rayonnements le nom de « rayonnements cathodiques ». Il montre que ces rayons sont électriquement chargés car ils sont déviés par le champ magnétiques d’un aimant. 15  Tube de Crookes, découverte de l’imagerie Le tube de Crookes est un tube en verre, de forme conique, à l’intérieur duquel on a fixé une cathode métallique circulaire, une anode et un obstacle en forme de croix de Malte. Un vide, très poussé. Il observe une belle fluorescence verte sur la paroi opposée à la cathode. Les rayons qu’on nomme cathodiques (faisceau d’électrons émis par la cathode) sont arrêtés par la croix de Malte et on observe l’ombre de cette croix qui se détache sur la face illuminée (fluorescence du verre provoquée par les électrons).  Mise en évidence des électrons; e- Thomson (physicien anglais 1856 - 1940, Prix Nobel 1906) a mis en évidence les électrons par des expériences de rayons cathodiques. Une cathode" chauffée émet un flux de petites particules chargées négativement et très légères qui subissent au cours de leur trajectoire des déviations vers la plaque positive. Expérience de Thomson  Conclusion: L’expérience précédente identique qu’indépendamment du gaz qui se trouve dans le tube à décharge, ces particules sont donc les mêmes pour tous les éléments. On les appelle des électrons. Chaque électron a une charge négative désignée par (e) appelée charge élémentaire. (e) est la plus petite quantité de charge électrique que l’on puisse mesurer. e = -1, 6.10-19 C Charge de l’électron me = 9,1. 10-31kg Masse de l’électron 19 UIASS/FDA1-Module Chimie Biochimie générale- Elément de module Chimie- Support(1/4):Concepts de Base et Structure de la Mise en évidence du Noyau, Proton et Neutron L'expérience de Rutherford: 19 L'expérience de Rutherford consista à bombarder une fine feuille d'or par des noyaux d’Hélium (He2+). En étudiant les trajectoires de ces noyaux d'hélium, il constata que:  dans une large mesure, les rayons traversaient la feuille.  dans certaines zones, régulièrement espacées, une partie de ces particules, de l'ordre de 0,01 %, ont été déviées ou rebondissent vers l’avant. Il venait de mettre en évidence la structure lacunaire de la matière et en déduisit l'existence du noyau atomique où se concentraient les charges positives, les protons. A partir de ces deux constations, Rutherford en déduisit que l’atome est :  essentiellement constitué du vide; (forte taux de passage des particules alpha) ;  électriquement neutre; (présence, en plus des électrons, d’une partie chargée positivement qui a provoqué la répulsion forte des particules); Noyau de l’atome (protons et neutrons) Rutherford, (Physicien Anglais 1871-1937, Prix Nobel 1908) découvrit le noyau atomique. a) Caractéristiques du noyau: Protons (p) = noyau de l’atome d’Hydrogène q = +1,60218 10 -19 C mp vaut 1,673 10-27kg = 1836 m e- Neutrons (n): m n vaut 1,675 10-27 Kg ~ m proton Charge électrique nulle b) Caractéristiques de l’électron: Particules identiques chargées négativement. q = -1,60218 10 -19 C m (e- ) négligeable = 9,110 10 -31 Kg Particule Symbole Masse (kg) Charge électrique Proton p+ 1,6724 10-27 1,60218 10-19 Neutron n0 1,6747 10-27 nulle Electron e- 9,110 10-31 - 1,60218 10-19 22 Représentation d’un atome: Elément ou atome X, appelé Nucléide; représenté: X = symbole de l’élément considéré; Z = Numéro atomique et Nbre protons; A = Z + N = Nombre de masse ou nombre de nucléons; N = N = (A – Z) Nbre de neutrons. Exemple: Carbone: 12 Nucléons 6 protons, 6 électrons 6 Neutrons (N = A – Z = 12 - 6) 23 Propriétés de l’atome: Nbe e+ = Nbe e- ; Nbre charges (+) = Nbre charges (-) ; Atome électriquement neutre; Atome essentiellement constitué de vide = structure lacunaire. Masse d’un atome: Masse d’un atome ≈ masse du noyau ma = Z × mp + (A - Z) × mn + Z × me = Z × mp + (A - Z) × mn me