Filtrer les éléments par date : juin 2014

découvre l’effet photoélectrique : La lumière est capable d’arracher les électrons d’un métal. Il découvre que ce phénomène ne s’observe qu’à partir d’une fréquence critique.

baptisa sa théorie « l’hypothèse photoélectrique ». La lumière excite un électron qui va sauter sur un niveau d’énergie plus élevé. En se désexcitant, l’électron revient

-> un niveau d’énergie plus faible en produisant de l’énergie (sous forme de lumière). Le transfert d’énergie est donc quantifié, il ne peut prendre que des valeurs discontinues, appelées quanta. Plusieurs conséquences découlent de la théorie de Planck :
· Les atomes passent d’un niveau d ‘énergie à un autre sans intermédiaire. C’est donc
une évolution par palier (discontinuité)
· Le saut d’Energie induit l’émission de lumière et inversement.
· L’énergie de la lumière émise est liée à sa fréquence

nombre d’ondes qui traversent un point donné de l’espace par seconde

distance entre deux extrema de même signe dans une onde

La lumière est composée d’une onde électrique perpendiculaire à une onde magnétique (figure IX). L’onde se propage tel une « hola » dans un stade de foot. Chaque point ne se déplace que verticalement.

Dans cette partie, nous allons aborder la notion de stabilité des éléments. En effet, certains éléments ne sont pas stables et vont donc se désintégrer jusqu’à ce qu’il retrouve une certaine stabilité (désintégration naturelle).

La figure V donne le nombre de neutrons en fonction du nombre de protons. La zone en jaune est la zone des éléments stables. Chez les éléments légers, les nuclides stables sont ceux qui ont un même nombre de neutrons et de protons (ils suivent la ligne rouge).

Chez les éléments lourds, les isotopes ont besoin de plus de neutrons pour arriver à contenir l’augmentation des répulsions électrostatiques dues au nombre élevé de protons dans le noyau. Il y a donc plus de neutrons et on s’écarte de la droite rouge. En général, les éléments lourds vont plus facilement se désintégrer pour revenir dans la zone jaune qui représente la stabilité. On remarque qu’il existe 3 zones d’instabilité distinctes dans ce schéma. Elles correspondent chacune à un type de désintégration particulier :

Zone 1 : Les éléments dans cette zone ont un excès de neutrons. Pour revenir dans la zone de stabilité, des neutrons doivent se transformer en proton.

Enfin, il est rare qu’un élément instable devienne stable en une seule désintégration. En effet, ce processus nécessite souvent une série de désintégration. Par exemple, la transformation de l’uranium 238 en plomb 208 comprend 14 désintégrations successives. Pour équilibrer une transformation radioselected, il faut que le nombre de masse et la charge soient conservés

Il existe plusieurs méthodes pour détecter la présence d’une désintégration. La plaque photographique en est une : Les rayonnements des produits radioactifs impressionnent un film photographique tout comme la lumière. Le Compteur à scintillation en est une autre : les rayonnements des produits radioactifs font émettre de la lumière visible à certaines substances comme le sulfure de Zinc.

Néanmoins, en général, on utilise le Compteur Geiger-Muller (figure VI). Cet appareil inventé en 1928 mesure le taux de radioactivité.

Découverte de la nature électrique de la matière

Le XVIIIe siècle a été marqué par l’essor de l’étude des phénomènes électriques. De nombreux chimistes et physiciens vont faire des découvertes intéressantes à cette époque. Benjamin Franklin découvrit la nature électrique des éclairs et montra ainsi que l’électricité est cachée dans la nature (1750).

Charles de Coulomb établit la relation donnant la force électrostatique entre 2 charges (1785). Alessandro Volta créa la première pile électrique en 1800 (figure I). Pour ce faire, il a empilé des disques de Cuivre et de Zinc séparés par de l’acide sulfurique. Il prouva grâce à cette expérience que les réactions chimiques sont capables de produire de l’électricité (réaction d’oxydoréduction).

Michael Faraday s’est intéressé au lien entre électricité et réaction chimique et s’est demandé s’il était possible d’engendrer une réaction chimique à partir d’électricité (inverse de la pile de Volta). Ainsi, il a découvert l’Electrolyse. Il a également découvert que l’électricité est discontinue, d’où son hypothèse : L’électricité est constituée de particules qui se déplacent.

Une centaine d’année après la première pile, Thomson et Ferrin ont prouvé l’existence de particules négatives constitutives de l’électricité grâce à l’expérience du tube cathodique. L’électricité qui passe à travers un tube sous vide forme un rayonnement (appelé rayonnement cathodique). Ce rayonnement est la preuve d’un déplacement de particules entre les deux électrodes à l’intérieur du tube cathodique. Ils ont donc essayé de déterminer la nature de ces particules en imaginant une nouvelle expérience que l’on appelle l’expérience de déflection des « rayons » (figure II). Celle-ci consiste à soumettre ce rayonnement à une différence de potentiel. L’expérience montre que les rayonnements sont déviés par rapport à la borne positive de la différence de potentiel. Ainsi, les particules constitutives de ce rayonnement seraient négatives.

Thomson calcula le rapport charge électrique sur masse pour cette particule. Celui –ci vaut 1,76 108 C/kg.

La prochaine découverte concernant ces particules a été apportée par un physicien américain : Robert Andrews Millikan.

Il a imaginé l’expérience représentée par la figure III. Il soumet un aérosol de gouttelettes d'huile à des rayons X dans une boite chargée. Ces rayonnements, qui ionisent la matière, peuvent arracher des électrons à l'air, qui sont alors capturés par les gouttelettes d'huile. On observe donc la formation de gouttelettes positives et négatives. Les gouttelettes chargées positivement tombent plus rapidement vers la plaque négative. Les gouttelettes négatives sont en lévitation car elles sont soumises à deux effets antagonistes (gravitation qui les pousse vers le bas et l’attraction électrostatique qui l’attire vers le haut).

Une réaction d’oxydoréduction (ou redox) est un transfert d’électron. Chaque composé possède un état d’oxydation qui peut lui être attribué à l’aide des quelques règles suivantes :

* L'état d'oxydation d'un atome dans un élément est 0

* L'état d'oxydation d'un ion monoatomique est égal à sa charge

* L'oxygène reçoit un nombre d'oxydation de -2 dans les composés covalents, sauf dans les peroxydes, où il vaut -1

* Dans les composés covalents avec un non-métal, l'hydrogène a un nombre d'oxydation de +1. Il a un état d’oxydation de -1 dans les hydrures.

* Dans un composé binaire, l'élément qui a la plus grande attraction pour les électrons reçoit un nombre d'oxydation négatif égal à sa charge dans des composés ioniques.

* La somme des nombres d'oxydation dans un composé doit valoir la charge totale du composé

Equilibrer ce type de réaction est souvent compliqué. Pour éviter de se tromper, il y a une marche à suivre :

a. Assigner les états d'oxydation de tous les atomes

b. Trouver quel atome est oxydé et déterminer l'augmentation de son état d'oxydation

c. Trouver quel atome est réduit et déterminer la diminution de son état d'oxydation

d. Choisir les coefficients des espèces contenant les atomes qui changent de nombre d'oxydation, de façon à ce que l'augmentation totale des nombres d'oxydation égale la diminution totale des nombres d'oxydation

e. Equilibrer le reste de l'équation par inspection

En général, les réactions redox ne se déroulent pas en milieu neutre mais bien en milieu basique et acide. Le milieu dans lequel se déroule la réaction est important car les H+ et OHinterviennent dans les demi-équations. Il faut donc veiller à ne pas les oublier !

Une réaction acide-base est une réaction entre un H+ (libéré par un acide) et un OH- (libéré par une base) qui forme une molécule d’eau. Ces réactions se déroulent facilement car le proton H+ est très réactif. En effet, H+ n’a plus d’électron et donc plus de nuage électronique. Or ce dernier représente la quasi-totalité du volume d’un atome. Pour le proton H+, il ne reste donc qu’une charge minuscule (élément très petit). Selon la loi de Coulomb (qui régit les interactions électrostatiques), la force est inversement proportionnelle à la taille. Donc plus la charge est ponctuelle (comme c’est le cas pour H+), plus la force électrostatique augmente. Il va donc réagir très rapidement lorsque des électrons (ici OH- ) se baladent dans le milieu.

Pour résoudre des problèmes faisant intervenir des réactions acide –base , il y a une marche
à suivre :

a. Etablir la liste des espèces présentes dans la solution combinée avant la réaction, et
décider quelle réaction se produira
b. Ecrire l'équation ionique nette de cette réaction
c. Transformer les quantités de réactifs en moles. Pour les réactions en solution, utiliser
les volumes des solutions originales, et leur molarité.
d. Déterminer le réactif limitant si nécessaire
e. Calculer le nombre de moles de réactif ou produit désiré
f. Convertir en grammes ou volume de solution

Le but de ce type de réaction est de former des substances insolubles. Les réactions de précipitations sont par exemple utilisées en médecine et plus précisément en imagerie médicale (figure IV). En effet, le Baryum est un métal lourd que l’on utilise comme agent de contraste pour l'exploration radiologique du tube digestif. Néanmoins, on ne peut l’utiliser tel quel (Ba2+) à cause de sa grande toxicité pour l’organisme. Les scientifiques ont utilisé les réactions de précipitation afin de créer un composé à base de Baryum qui serait insoluble et donc qui n’aurait pas la possibilité de passer dans le sang : le sulfate de Baryum.

Il suffit de mélanger une solution aqueuse de Chlorure de Baryum avec une solution aqueuse d’acide sulfurique pour former le composé utilisé en radiographie.

Dissociation du chlorure de Baryum : BaCl2 (s)→Ba2+ (aq) + 2 Cl- (aq)
Dissociation de l’acide sulfurique : H2SO4 (aq) → 2 H+ (aq) + SO42- (aq)
Réaction de précipitation : Ba2+ (aq) + SO42- (aq) → BaSO4 (s)
Etant donné qu’il ne passe pas dans le sang, le sulfate de Baryum est éliminé par les voies
naturelles (urine).

Pour résoudre des problèmes de solubilité, il y a une marche à suivre :
a. Identifier tous les ions présents en solution
b. Identifier les réactions possibles entre ions
c. Ecrire l’équation ionique nette correspondant à la réaction de précipitation
d. Résoudre les problèmes quantitatifs en appliquant les règles de stoechiométrie vues précédemment.