Structure de la matière

Abstract

Le présent polycopié de cours est destiné aux étudiants en sciences techniques (ST), sciences de la matière (SM), Hydraulique, Mines…( 1re année LMD ST et SM). Il s'adresse aussi aux étudiants qui reçoivent un enseignement général de chimie de différentes spécialités confondues. Il porte essentiellement sur les notions fondamentales de la structure de la matière (les états de la matière les atomes et molécules, les solutions). Ce polycopié de cours traite les principaux constituants de la matière et donc de l’atome et quelques propriétés physiques, masse et charge où nous avons décrit les expériences qui ont mis en évidence : l’électron, proton, neutron (Expérience de Crookes, J.J.Thomson, Millikan, et de Goldstein) et à la fin de cette partie nous avons rapporté à la structure de l’atome et les isotopes. Ce polycopié de cours décrit le processus radioactivité, les réactions nucléaires, loi de décroissance radioactive. Dans ce polycopié on traite le développement de la théorie électromagnétique de la lumière, puis de l’hypothèse de son caractère discontinu. La relation entre le rayonnement électromagnétique émis par des atomes et l’énergie des électrons qui les composent a conduit ensuite N. Bohr à émettre l’hypothèse de la discontinuité des niveaux d’énergie et présente le modèle atomique moderne: les électrons suivent des orbites fixes. Le modèle de Rutherford, selon lequel les électrons ont des orbites aléatoires, est alors abandonné. Avec l’hypothèse de Broglie selon laquelle des particules matérielles présentent un caractère ondulatoire, le modèle de Bohr a débouché sur la théorie quantique de l’atome. La dualité onde–corpuscule de l’électron a été résolue par l’équation de Schrodinger, équation de la théorie quantique. Le concept d’orbitale, qui représente les régions de probabilité de trouver l’électron, a émergé de cette théorie. La résolution de l’équation de Schrodinger a aussi débouché sur les nombres quantiques qui donnent des informations précises sur l’état d’un électron, désigné état quantique. La distribution des électrons dans des cases quantiques ordonnées selon leur niveau d’énergie, eux-mêmes dépendant des valeurs des nombres quantiques ont été décrit par un système simple. Il en découle des expressions des configurations électroniques propres à chaque élément, à partir desquelles on peut prédire un grand nombre de propriétés. L’étude de la liaison chimique dans le quel, différentes liaisons ont été traitées : la liaison covalente dans la théorie de Lewis, la liaison covalente polarisée, moment dipolaire et caractère ionique partielle de la liaison, géométrie des molécules : théorie de Gillespie ou VSEPR, la liaison chimique dans le modèle quantique: théorie des orbitales moléculaires (méthode LCAO), formation et nature des liaisons et diagramme énergétique des molécules. L’étude des molécules polyatomiques ou théorie de l’hybridation des orbitales atomiques est présentée de façon simple est claire.