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Eléments et atomes
« rien ne naît ou. n'est détruit, mais il y a mélange et
séparation des choses qui sont » (Anaxagore, VIe
siècle av. J.-C.).
• Empédocle 4 éléments
• Platon
• Aristote : qualités
4 éléments + 3 principes
• Paracelse 1493-1541
– soufre: combustion
– mercure: changement d ’état
– sel: inertie
Il y a du gaz dans l ’air
• van Helmont 1577-1644
– gaz sylvestre (CO2)
– gaz pingue
(hydrocarbures)
• Boyle (1627-1691)
« J'appelle maintenant éléments certains corps
primitifs et simples, parfaitement purs de tout
mélange ; qui ne sont constitués par aucun
autre corps, ou les uns par les autres, qui sont
les ingrédients à partir desquels tous les corps
qu 'on appelle mixtes parfaits sont composés
de manière immédiate, et en lesquels ils
peuvent être finement résolus »
Retour vers le discontinu
• Descartes 1596-1650
– facteurs de formes, atomes crochus
– pointes des acides (Lhémery)
« Je ne crois pas que l'on me conteste que l'acide n'ait des
pointes puisque toutes les expériences le montrent ; il ne
faut que le goûter pour tomber dans ce sentiment car il fait
des picotements sur la langue »
• Newton 1642-1727
– force attractive en 1/r2
– Boscovitch force répulsive aux courtes distances
La fin de la bande des quatre
• Lavoisier 1743-1794
« Nous aurons trois choses à considérer dans
toute science physique. La série des faits
qui constitue la science ; les idées qui
rappellent les faits ; les mots qui les
expriment. Le mot doit faire naître l'idée ;
l'idée doit peindre le fait : ce sont trois
empreintes d'un même cachet... La
perfection de la nomenclature en chimie
consiste à rendre les idées et les faits dans
leur exacte vérité » (Lavoisier)
« L'eau est un composé ! il est difficile de se
défendre d'une impression de surprise la
première fois qu 'on entend une proposition
aussi contraire à la tradition de tous les
siècles... ».
(Guyton de Morveau)
Lois pondérales et volumiques
• Proportions définies pour les acides et les
bases: Richter (1792)
• L.-J. Proust : loi des proportions définies
• Loi d’Avogadro-Ampère
Dans les mêmes conditions de température et de pression, des volumes égaux
de composés contiennent le même nombre de molécules
Lois pondérales et volumiques
• Proportions définies pour les acides et les bases:
Richter (1792)
• L.-J. Proust : loi des proportions définies
• J. Dalton : loi des proportions multiples
Si deux éléments peuvent se combiner pour donner plusieurs corps composés,
un nombre entier d'atomes d'un de ces éléments doit se combiner avec un
nombre entier d'atomes de l'autre élément.
• Loi de Gay-Lussac
Quand deux gaz se combinent entre eux, les volumes sont, entre eux, dans des
rapports simples, et sont dans des rapports simples avec le volume du
composé obtenu pris à l’étât gazeux.
Retour vers l ’atomisme
• Dalton 1766-1844
Détermination des poids atomiques
• Berzelius 1779-1848
Poids atomiques ou poids
proportionnel d’équivalent
• Le refus de la théorie atomiste: il faut s’en
tenir aux seuls faits
« Que nous reste-t-il de l'ambitieuse excursion que nous nous
sommes permis dans la région des atomes ? Rien, rien de
nécessaire du moins. Ce qui nous reste, c'est la conviction que
la chimie s'est égarée là, comme toujours, quand,
abandonnant l'expérience elle a voulu marcher sans guide au
travers des ténèbres. (...) Si j'en étais le maître j'effacerais le
mot atome de la Science, persuadé qu'il va plus loin que
l'expérience, et jamais en Chimie, nous ne devons aller plus
loin que l'expérience »
(J.-B. Dumas)
Distinguer au niveau macroscopique le
corps de la substance
• « // est évident que l'eau ne contient ni de l'oxygène
gazeux, ni de l'oxygène à l'état d'ozone ; elle contient
une substance capable de former et l'oxygène, et l'ozone
et l'eau »
• « // apparaît donc bien derrière le phénomène chimique
de premier examen un plan nouveau de l'être, véritable
noumène chimique, que nous ne touchons jamais par
l'expérience mais qui nous est indispensable pour
comprendre l'expérience »
Définitions
• « On appelle molécule, la quantité de substance qui entre en réaction chimique
avec d'autres molécules et qui occupe, à l'état de vapeur, le même volume que
deux parties en poids d'hydrogène.., [tandis que] les atomes sont les plus petites
quantités, ou les masses chimiques indivisibles des éléments, qui forment les
molécules des corps simples et composés »
• « Un corps simple est quelque chose de matériel, doué de propriétés physiques et
capable de réactions chimiques. A l'expression de corps simple correspond l'idée
de molécules (...). Il faut réserver le nom d'éléments pour caractériser les
particules matérielles qui forment les corps simples et composés, et qui
déterminent la manière dont ils se comportent au point de vue physique et
chimique. Le mot élément appelle l'idée d'atome »
(D. Mendeleev)
Découverte des éléments
• Antiquité: C, S,Fe, Sn, Pb, Cu,Hg,Ag, Au
• avant 1600 : As, Sb, Bi, Zn
• 1669-1804 : P, Ti, Mn, Cr, Co, Ni, Y, Zr, Nb,Mo,Rh,
Pd, W, Os, Ir, Pt, Tl, U, Be, H, N, O, Cl
• 1807-1830 : K, Na, Ba, Sr, Ca Mg, B, I, Li, Cd, Se,
Si, Al, Br, Th, V
• 1839-1886 : lanthanides et Ga, Sc, Ge, F
• 1894-1898 : He, Ne, Ar, Kr, Xe
• 1898-1917 : Ra, Po, Ac, Rn, Eu, Lu, Hf, Pr
• 1939: Fr, Tc, Np, At, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es,
Fm, Md, No
Enfin l ’électron vint
• Joseph John Thomson 1856-1940
Stabilité des noyaux
Spectre d’émission de H atomique
Bamer (1885)
n22
h 2 2
n2  n1
h  3645,6 A
Généralisation (Rydberg 1890)
 1

1
   R1 H  2  2 

 n f ni 
1
R1H  109677,759  0.005 cm -1
R 2H  109707,560  0.005 cm -1
R  109737,420  0.005 cm -1
Séries de l’hydrogène
nf
λ∞
λα
Lyman
1
911,8
1215,7
1906
Balmer
2
3647,04
6562,10
<1885
Paschen
3
8205,8
18756,2
1908
Brackett
4
14588,2
40522,8
1922
Pfund
5
22794
74598
1924
Effet Zeeman (1896)
Effet Paschen Back (1912)
Effet Stark
Structure de couche
Règle de Hund
Classification périodique: précurseurs
• Döbereiner : triades (1816)
– propriétés voisines
– poids atomique de l’élément central voisin de la moyenne
des deux autres
Li
6.94
Ca 40.08
Cl
35.45 S
Na 22.99
23.02
Sr
Br
79.90 Se 78.96
81.2
79.8
Mn 54.94
53.9
K
Ba 137.3
I
126.9 Te 127.6
Fe
39.10
87.62
88.69
32.07
Cr
52.0
55.85
A.-E. Béguyer de Chancourtois (1862)
J. A. R. Newland (1866)
Д. И. Менделеев et JL. Meyer
Prédictions
Eka Al
Ga
Masse atomique
~68
69.9
densité
5.9
5.93
Point de fusion
bas
30,1°C
oxyde
Ea2O3
Ga2O3
Eka Bore
Sc
Masse atomique
44
44.1
oxyde
Eb2O3
Sc2O3
densité de l’oxyde 3.5
3.8
Eka Silicium
Ge
Masse atomique
72
72.32
oxyde
ESiO2
GeO2
densité de l’oxyde 4.7
4.703
Point de fusion du <100°C
chlorure
86°C
Potentiel d’ionisation
• PI= E(A+)-E(A)
Affinité électronique
• Ae= E(A)-E(A-)
Electronégativité
• Echelle de Pauling
L ’écriture des formules
• Couper 1831-1892
• Kekulé 1829-1896
La troisième dimension
• Le Bel 1847-1930, van ’t Hoff 1852-1911
Représentation des molécules
 Représentation naturelle tridimensionnelle en termes
d’atomes et de liaisons
Représentation des molécules
 Plus réaliste : isosurface de densité électronique
Participer à la liaison chimique
• Thomson
• Stark : Atomdynamik
La théorie dualistique réactualisée
• La structure en couche des atomes d ’après
Lewis 1875-1946
Les six postulats de Lewis
• Chaque atome possède un cœur qui n ’est pas altéré par les
transformations chimiques et qui possède un excès de charges positives
égal au numéro du groupe de l ’élément.
• Un atome est constitué d ’un cœur et d ’une couche externe contenant
un nombre d ’électrons égal à l ’excès de charges positives du cœur, au
cours d ’un processus chimique ce nombre peut varier de 0 à 8.
• L ’atome tend à posséder un nombre pair d ’électrons dans sa couche
externe et plus précisément 8 électrons occupant les sommets d ’un
cube.
• Deux couches atomiques peuvent s ’interpénétrer.
• Les électrons peuvent passer d ’une position de la couche externe à une
autre. Ils sont néanmoins maintenus à leur position par des contraintes
rigides dont l ’intensité est déterminée par la nature des atomes
formant la liaison.
• Les forces électrostatiques entre les particules n ’obéissent pas à la loi
de Coulomb aux faibles distances.
Formation des liaisons
• Simple
• double
et des molécules...