Chimie - Cours - 1ère Année Médecine - 2023-2024 PDF

CHIMIE-BIOCHIMIE 1ère année Médecine Pr. Chachi 2023-2024 Plan global du cours : ❖Les concepts de base et structure de la matière, ❖La classification périodique des éléments chimique ❖La liaison chimique, ❖Principales fonctions organiques ❖ Notions de nomenclature, notions...

CHIMIE-BIOCHIMIE 1ère année Médecine Pr. Chachi 2023-2024 Plan global du cours : ❖Les concepts de base et structure de la matière, ❖La classification périodique des éléments chimique ❖La liaison chimique, ❖Principales fonctions organiques ❖ Notions de nomenclature, notions de stéréochimie, certaines réactions chimiques fondamentales. 2 Généralités et Notions de Base en Chimie 3  Introduction Qu’est ce que la chimie? ❑La science qui étudie la composition, les réactions et les propriétés de la matière. ❑Elle est par nature interdisciplinaire et joue un rôle indispensable dans le fonctionnement de notre monde et dans l'existence de la vie. ❑La chimie s’intéresse ainsi aux éléments qui constituent la matière (atomes, ions, …), à leurs propriétés et aux liaisons chimiques qui peuvent se créer entre eux. 4  Introduction Plusieurs disciplines : La chimie générale développe toutes les lois et les concepts nécessaires à la compréhension de la structure de la matière et de ses transformations physicochimiques La chimie organique s’intéresse aux éléments contenant du carbone, contrairement à la chimie inorganique (chimie minérale) La biochimie étudie les substances et les réactions qui se déroulent dans les organismes vivants. 5  Introduction Applications : ❑ Santé- Médecine: o Industrie pharmaceutique: fabrication des médicaments,… o Méthodes de diagnostic: biologique, anatomo-pathologique, radiologique 6  Définitions et concepts de base 1. LA MATIÈRE ❑Mélange de particules, d'atomes et de molécules, elle est tout ce qui occupe l’espace et possède une masse. ❑On distingue la matière vivante et la matière inerte, qui sont constituées, en proportions différentes, des mêmes éléments chimiques qui se lient pour former des molécules. ❑Tout ce qui existe, vivant ou inerte, est fait à partir de l’assemblage des atomes. ❑Les atomes se combinent pour former des molécules et les molécules se ‘’combinent’’ pour former des structures plus grandes 7 ❑La matière vivante se caractérise dans sa composition par la présence de molécules organiques. ❑Elle est constituée majoritairement de quatre atomes que sont le Carbone, Hydrogène, Oxygène et Azote. ❑La cellule constitue l’unité du vivant et chacune de cette cellule est le siège de réactions chimiques constituant le métabolisme cellulaire. Matière vivante : atomes molécules cellules tissus organes corps 8 ❑La matière inerte comprend les roches de la lithosphère, l’eau de l’hydrosphère et les gaz de l’atmosphère, elle forme le monde minéral. ❑La matière minérale est particulièrement riche en éléments tels que le fer, l’oxygène, le silicium ou le magnésium. Matière inerte : atomes molécules forme 9  États de la matière: ❑ Etat solide : état rigide dans lequel la forme et le volume sont définis, état ordonné et condensé. ❑ Etat liquide : état fluide qui occupe un volume fixe, il n’a pas de forme déterminée, mais adopte la forme du récipient qui le contient. c’est un état désordonnée mais condensé. ❑ Etat gazeux : état qui ne possède ni la forme ni le volume, il occupe le volume du récipient qui le contient. C’est un état considéré complètement désordonné. 10 Les 3 états de la matière 11 La matière peut se trouver dans l’un ou l’autre de ces états selon les conditions de température et de pression auxquelles elle est soumise. Elle passera d’un état à l’autre en modifiant ces conditions 12 changement chimique et changement physique de la matière? ❑ Transformation chimique : un changement dans lequel la nature chimique de la matière ou des substances se modifiée : o disparation des substances des réactifs et apparition des nouveaux produits : il y eu réaction chimique. Exemple : oxydation de fer 4Fe + 3O2 2Fe2O3 13  5 signes qui montrent un changement chimique ❖ Changement de couleur ❖ Dégagement d’un gaz ❖ Dégagement d’énergie ou de chaleur ❖ Formation d’un précipité ❖ Difficulté d’inverser le processus 14  Transformation physique : passage d’un état à un état sans modification de la composition et la nature de la matière. Exemple : o Changement d’état, ex. fusion/évaporation … H2O(s) H2O (l) (H2O(g) o Changement de forme, ex. la fonte de la glace o Dissolution, ex. sel ou sucre dans l’eau 15 2. Les Mélanges Substances pures qui constituent la matière. ❑ Mélanges homogènes : o la composition du système est la même en tout point du mélange o toutes les substances sont dans la même phase, cette phase peut être : Solide, ex: alliages Liquide, ex : vinaigre (acide acétique et d’eau) Gazeuse, ex : l’air (19% O2+ 80% N2 ) Les composants d’un mélange homogène ne peuvent être séparés que par des processus physiques tels que : la distillation, la chromatographie, l’extraction … 16  ❑ Mélanges hétérogènes : les constituants ne sont pas dans même phase : o Leur composition varie d’un point à l’autre du système o Les substances sont dans des phases différentes. Exemple : l’eau et de l’huile forment un mélange hétérogène liquide Les composants peuvent généralement être séparés par des moyens mécaniques comme la filtration, la décantation 17 3. Corps composés, corps simples Corps simple: c’est une substance qui ne contient qu’un seul type d’atomes Exemples : Al, corps simple monoatomique (aluminium) H2 ″ ″ poly atomique (dihydrogène) F2 ″ ″ poly atomique (difluor) Corps composé: c’est une substance qui contient plusieurs types d’atomes Exemples : H2O, molécule d’eau NaCl, molécule de chlorure de sodium Corps pur : il est composé par un seul type de constituant, qui ne possède pas d’impuretés. Exemple : l’eau distillée 18  4. Les éléments chimiques ❑ Un élément est la forme la plus élémentaire de la matière qui ne peut être séparé en petites entités ❑ Un élément chimique est un ensemble d’atomes de même nature Exemple : l’élément argent (Ag) est un ensemble d’atomes d’argent L’élément Azote (N) est un ensemble d’atomes d’azote 90% de la matière qui constitue les systèmes vivants est composée essentiellement de 4 éléments : le Carbone, l’Azote, l’Hydrogène et l’oxygène. ❖ Tous les éléments connus sont regroupés dans le tableau périodique des éléments chimiques. 19 20 Les éléments connus actuellement sont au nombre de 118, certains sont plus abondants que d’autres (oxygène 50%, hydrogène 1%). On classe les éléments comme suit : ❖ Les éléments métalliques: sont de bons conducteurs électrique et thermique, sont malléables (c.à.d. qu’ils peuvent être réduits en feuille par laminage), et ductiles (c.à.d. qu’on peut les étirer pour obtenir des fils), ex. Fer, cuivre, argent, or, … ❖ Les éléments non métalliques : mouvais conducteurs, peu malléables, c’est parmi eux que se trouvent les corps purs à l’état gazeux, ex carbone, soufre, chlore, oxygène, hydrogène … 21 ❖ Les éléments métalloïdes : les éléments chimiques dont les propriétés sont intermédiaires entre celles des métaux et des non métaux sont au nombre de 6 (Bore, silicium, germanium, arsenic, antimoine et le tellure). Cinq autres sont moins fréquemment classés parmi les métalloïdes (C, Al, Se, Po, At) ❖ Les gaz rares (néon, argon, krypton, xénon, et radon), chimiquement inertes. 22 5. Les formules chimiques Les formules utilisées en chimie peuvent représenter des espèces de natures différentes : a. Les ions b. Les composés ioniques c. Les métaux et les non-métaux. d. Les molécules 24 a. Les ions : se sont des espèces chargées constituées d’un ou plusieurs atomes ; la charge est indiquée en exposant : ❖ Cation : atome chargé positivement, perd un ou plusieurs électrons, Na+, Ca2+, … ❖ Anion : atome chargé négativement, gagne un ou plusieurs électrons, Cl-, O2-, … La charge de l’ion se donne en coulomb telle que : q= n. e (n entier relatif à la charge et e la charge élémentaire e = 1,6.10-19 C) Exemple : l’ion permanganate MnO4-, n=-1. Donc la charge de l’ion est : q= n.e = -1.e = -1, 1,6.10-19 C l’ion sulfate SO42- , n= -2. Donc la charge de l’ion est : q= n.e = -2.e = -2 x 1,6.10-19 C 25 Nomenclature des cations : ❖ Si l’élément porte un seul type de cation, on donne le nom comme suit : ion + nom du métal Exemple: Na+ : ion sodium, Zn2+ : ion zinc, Al3+ : ion aluminium ❖ Si l’élément porte plusieurs charges possibles, on les indique entre parenthèses avec des chiffres romains. ion + « nom du métal » + charge de l’ion Exemple: Cu+ : ion cuivre (I), Cu2+ : ion cuivre (II) 26 Nomenclature des anions : On donne le nom de l’élément suivi de la terminaison ‘’ure’’ Exemple: Br- : Bromure, F- : Fluorure 27 b. Les composés ioniques : o assemblages d’anions et de cations de telles sorte que l’ensemble soit neutre électriquement. Exemple : le chlorure de calcium qui contient des anions Cl- et des cations Ca2+ : l’électroneutralité est respectée si la charge d’un Ca2+ est compensée par la charge de deux Cl- ce qui donne le composé ionique CaCl2. 28 Nomenclature des composés ioniques binaires ❖ On écrit en premier le nom de l'anion avec la terminaison (ure) + nom du cation ❖ Le nombre d’atome est indiqué avant le nom par le préfixe (di, tri, tétra, penta, hexa, …. anionure de cation Exemple : NaCl : Chlorure de sodium ; CaCl2 : dichlorure de calcium 29 c. Les métaux et les non-métaux : ❖ Les métaux sont des matériaux dont les atomes du corps simple sont unis par des liaisons métalliques ❖ Les non-métaux sont des éléments chimiques dont les atomes du corps simple sont unis par des liaisons covalentes constitués d’atomes identiques Exemple : Les métaux ex; Na, Cu pour le sodium et le cuivre Les non-métaux ex; S, Cl pour le soufre et le chlore 30 d. Les molécules : ❖ La molécule est un ensemble d’atomes liés entre eux par liaisons chimiques. ❖ La molécule est généralement représentée par une formule chimique indiquant la nature et le nombre des atomes qui la constituent. Exemple: H2O - C6H12O6 (glucose) - NH3 - CH4 … 31 Masse Molaire (M) Définition: Masse molaire d’un composé X = Masse (en gramme) d’une mole de ce composé, se note M et s'exprime en (g/mol) M = m/n Exemple : o masse molaire du diazote (N2) = 2. 14,01 g = 28,02 g ≈ 28 g/mol o masse molaire du glucose C6H12O6 M(glucose) = (6.12,01 g) + (12.1,01 g) + (6.16,00 g) = 180,18 g/mol M(C) + M(H) + M(O) Une mole de glucose pèse 180,18 g 32 Mole Définition générale : La masse des atomes étant très faible (=10-23g), on préfère raisonner, non pas par un seul atome, mais sur une quantité de matière macroscopique : la mole. La mole est l’unité de quantité de matière correspondant à un certain nombre d’atomes, molécules, ions, …. Elle est l’unité fondamentale du système international (S.I), de symbole : mol 33 Une mole de particule = est un ensemble de 6,02. 1023 particules = N particules N = nombre d’Avogadro 1 mole = 6,02. 1023 1 mole d’atomes = un ensemble de N atomes 1 mole d’électrons = un ensemble de N électrons 1 mole d’ions = un ensemble de N ions 34