Groupes caractéristiques en chimie organique
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Les
molécules organiques
I-
Les
molécules organiques
ü Les molécules
organiques sont essentiellement constituées d'atomes de carbone et d'hydrogène,
parfois d'atomes d'oxygène, d'azote, de soufre....
II-
Types
de squelettes carbonés :
III-
Les
alcanes
1-
Définition
des alcanes :
ü Les alcanes sont
des hydrocarbures saturés (ils sont constitués par des atomes de carbone et des
atomes d'hydrogène liés entre eux par des liaisons simples C-C et C-H),
ü La formule brute
générale des alcanes est : Cn H2n+2 ( n : entier naturel
non nul).
a-
Remarque
:
ü La formule brute
indique le nombre et la nature des atomes constituant la molécule,
ü La formule
développée fait apparaître tous les atomes et toutes les liaisons entre les
atomes de la molécule,
ü La formule
semi-développée fait apparaître tous les atomes et toutes les liaisons entre
les atomes à l'exception des liaisons avec les atomes d'hydrogène,
ü L’écriture topologique
est une représentation simplifiée dans laquelle la liaison entre les atomes de
carbones est représentée par un segment dont chaque extrémité correspond à un
atome de carbone.
b-
Exemple
du butane
La
formule brute, La formule semi-développée, la formule développée et l’écriture
topologique.
2-
Nomenclature
des alcanes à chaine linéaire :
a-
Définition
ü Le nom d'un
alcane est formé d’un terme dépendant du nombre d’atomes de carbone dans la
chaîne, suivi du suffixe “ane”,
ü Exemples.
b-
Remarque
ü Les radicaux
alkyls ont pour formule brute : -CnH2n+1,
ü Un radical
alkyle dérive d'une molécule d'alcane par perte d'un atome d’hydrogène,
ü Le nom d'un
radical alkyl s'obtient à partir du nom de l'alcane correspondent (qui a le même
nombre d'atomes de carbones) en échangeant la terminaison (ane) par (yle),
ü Exemples : Nombre
d’atome, l’alcane, le nom d’alcane, l’alkyle et le nom d’alkyle.
3-
Nomenclature
des alcanes à chaine ramifiés :
a-
Définition
ü Le nom principal
de l'alcane ramifié est donné par la chaine carbonée la plus longue devant
lequel on place les noms des radicaux alkyl numérotés en utilisant les plus
petits nombres possibles et classés par ordre alphabétique.
b-
Remarque
:
Lorsque
les mêmes radicaux sont répétés on utilise les préfixes multiplicateur (di,
tri, tétra, …),
c-
Exemples
:
4-
Les
cycloalcanes :
a-
Définition
ü Les cycloalcanes
sont des hydrocarbures cycliques dont la formule brute générale est : CnH2n,
ü Le nom d'un
cycloalcane s'obtient en utilisant le préfixe 'cyclo' suivi par le nom de
l'alcane correspondant.
b-
Exemples
:
IV-
Les
alcènes
1-
Définition
des alcènes :
Les
alcènes sont des hydrocarbures insaturés caractérisés par la présence d'une
double liaison C=C. Leur formule brute générale est CnH2n
(n entier naturel),
2-
Nomenclature
des alcènes :
La
nomenclature des alcènes ressemble à celle des alcanes de même squelette, en
remplaçant la terminaison " ane " par " ène". Dans ce cas
la chaîne principale est la chaîne la plus longue qui contient la double
liaison.
a-
Remarque
:
On
place entre deux tirets, le numéro (le plus petit possible) qui désigne la
position de la liaison double.
b-
Exemples
:
V-
Isoméries
:
1- Définition :
On appelle isomères, des molécules ayant la même
formule brute mais des représentations développées ou semi développées
différentes.
2-
Types
d’isomérie
a-
Isomérie
de constitution
On
parle d'isomérie de constitution lorsque les molécules ont la même formule
brute mais des formules développées et semi-développées différentes,
Exemples : isomérie
de chaine, isomérie de position et isomérie de fonction.
b-
Isomérie
géométrique
Les isoméries
géométriques (Stéréo-isomères ou Isomérie de configuration) ont la même formule
brute, le même nombre et le même type d'atomes, mais que la disposition
spatiale de ces atomes dans l'espace est différente.
Exemples :
Concentrations et solutions électrolytiques
I- Structure d’un corps solide ionique
1- Définition
Les corps solides ayant une forme propre difficile à déformer peuvent exister sous deux états différents :
ü Etat désordonné caractérisé par une structure non ordonnée,
ü Etat ordonné caractérisé par une structure cristalline ordonnée.
Les solides ioniques cristallins sont électriquement neutres,
2- Formules des corps ioniques solides
La formule d’un corps solide ionique indique la nature et le nombre des ions qui le constituent sans préciser la charge que prend chacun des
3- Les molécules polaires
a- Activité
ü dans la molécule de chlorure d’hydrogène , le chlore étant beaucoup plus électronégatif que l’hydrogène, le doublet liant de cette molécule va être beaucoup plus proche de l’atome de chlore que l’atome d’hydrogène,
ü ce qui provoque l’apparition d’une charge partielle négative sur l’atome de chlore et d’une charge partielle positive sur l’atome d’hydrogène.
ü La liaison est dite polarisée et la molécule a un caractère dipolaire.
Exemple : la molécule ,
Donc la molécule d’eau est polaire : est un solvant polaire,
Conclusion
ü Une molécule est dite polaire lorsque les barycentres des charges positives et négatives ne sont pas confondus.
ü Les molécules polaires ont des propriétés particulières, elles sont notamment solubles dans l’eau.
II- Les solutions aqueuses électrolytiques :
1- Rappel
ü Lorsqu’on dissout une espèce chimique (solide, liquide ou gazeuse), dans un liquide on obtient une solution,
ü L’espèce chimique dissoute est appelée le soluté,
ü Le liquide dans lequel on dissout l’espèce chimique est appelé le solvant,
Remarque
ü Si le soluté n’est pas totalement dissout, la solution obtenue est saturée, donc la solution n’est pas homogène,
ü Si le solvant utilisé est l’eau, on obtient une solution aqueuse.
2- Solutions électrolytiques
Les solutions électrolytiques sont des solutions conductrices du courant électrique, cette conductivité est due aux ions (anions et cations), donc les solutions électrolytiques sont des solutions ioniques.
3- Dissolution d’un électrolyte dans un solvant polaire
La dissolution d’un électrolyte dans un solvant polaire se fait en trois étapes successives :
ü La dissociation,
ü Solvatation (hydratation si le solvant est l’eau),
ü Dispersion.
4- Equation de la dissolution
ü Equation de dissolution du chlorure de sodium (soluté) dans l’eau (solvant polaire) est :
ü Equation de dissolution du chlorure d’hydrogène (soluté) dans l’eau (solvant polaire) est :
ü Equation de dissolution du chlorure de l’acide sulfurique (soluté) dans l’eau (solvant polaire) est :
III- Concentration molaire
1- Concentration molaire d’une solution :
La concentration malaire d’un soluté se symbolyse par est donnée par la relation suivante :
2- Concentration molaire effective
La concentration molaire effective d’une espèce chimique effectivement présente dans la solution se symblyse par est donnée par la relation suivante :
3- La relation entre la concentration molaire et la concentration massique
a- La concentration massique :
La concentration massique est une grandeur qui correspond au rapport de la masse du soluté dissous par le volume total de la solution , est donnée par la relation suivante , elle s’exprime en .
b- La relation entre la concentration molaire et la concentration massique :
On
Pour préparer une solution aqueuse de sulfate de sodium , on disout une masse :
1- Rappeler les étapes de dissoltuion d’un élctrolyte
2- Calculer la concentration molaire de la solution,
3- Ecrire l’équation de dissoulution de soluté ,
4- Calculer les concentration des ions présentes en solution,
5- Calculer la concentration massique du soluté,
On donne : , et , volume de la solution,
Les grandeurs physiques liées aux quantités de matière
I- Quantité de matière d’un liquide ou un solide :
1- Rappel :
· La quantité de matière d'un échantillon est le nombre de moles contenues dans cet échantillon,
· On appelle une mole la quantité de matière d’un système contenant un nombre des entités élémentaires (atomes, molécules, ions ....etc.) égal au nombre des atomes existant
dans 12g de carbone.
Ce nombre est égal au 6,02.1023 : nombre d'Avogadro
2- Relation entre le volume et la quantité de matière
a- La masse volumique et la densité
· La masse volumique d’une espèce chimique est égale au rapport de sa masse par son volume, son unité dans le S.I est : kg/m3, et on écrit :
· La densité d’un corps est le rapport entre la masse volumique de ce corps et la masse volumique d’un corps de référence (l’eau pour les liquides et les solides et l’air pour les gaz) :
b- Relation entre le volume et la quantité de matière
Application 1 :
a- Calculer la quantité de matière existant dans 120g de l’eau pur ,
b- Calculer le volume de hexane (liquide de masse volumique ) qu’il faut utiliser pour obtenir la quantité de matière .
Données : , .
II- Quantité de matière d’un gaz
1- Volume molaire
Le volume molaire Vm d’un gaz est le volume occupé par une mole de ce gaz dans des conditions de pression et de température données, il s’exprime en L.mol-1
Remarque :
Dans les conditions ordinaires de température et de pression : T=20°C et P =105Pa : on aura Vm=24,0L/mol,
Dans les conditions normales de température et de pression : T=0°C et P =105Pa : on aura Vm=22,4L/mol,
Le volume molaire des gaz est indépendant de la nature du gaz, il dépend uniquement de la température et de la pression.
2- Relation entre de la quantité de matière d’un gaz et le volume molaire
La quantité de matière d’un gaz est donnée par la relation suivante :
3- Loi de Boyle-Mariotte :
a- Expérience :
On utilise une seringue liée à un manomètre, on fait varier le volume d'une quantité d'air et on mesure sa pression enfermé dans la seringue et dans chaque cas on indique le volume correspondant.
Au cours de l’expérience, on presse doucement sur la seringue pour que la température reste constante.
Les résultats des mesures sont regroupés dans le tableau suivant :
b- Remarques :
On constate que la pression de l’air augmente et son volume diminue, mais le produit reste constante pour une température donnée.
c- Conclusion (Enoncé de la loi) :
A température constante, pour une quantité de matière donnée de gaz, le produit de la pression par le volume de ce gaz reste constant :
4- Equation d’état d’un gaz parfait :
· Un gaz est dit parfait si les interactions entre les molécules qui le constituent sont très faibles. À faible pression tout gaz peut être assimilé à un gaz parfait,
· Les gaz parfaits sont régis par une équation appelée équation des gaz parfaits :
Avec P : pression (Pa), V : volume (m3), T : température absolue en kelvin (K), n : quantité de matière (mol), et R : la constante des gaz parfaits .
Remarque :
La température en degré Celsius () et
la température absolue T en kelvin ()
sont liées par la relation:
5- Densité d’un gaz :
La densité d'un gaz par rapport à l'air
est donnée par la relation suivante :
C’est une grandeur sans unité, avec
est la masse molaire du gaz.
Application 2 :
1- Calculer la quantité de matière
d’air contenu dans un ballon de volume dans les
conditions normales de la température et de
pression, puis dans les conditions ordinaires,
2- Le benzène (C6H6) est un solvant
organique préparé à partir de dérivés du pétrole.
A une température de 20°C, sous une
pression de 1,013.105Pa, le benzène est un corps
pur liquide, de densité de 0,88. On dispose d’un
échantillon de 2,16L de benzène liquide à 20°C :
a- Pourquoi est-il nécessaire de
préciser la température d’un corps pur liquide pour
donner une valeur de sa densité ?
b- Donner l’expression de la masse
volumique du benzène, calculer sa valeur en Kg/L,
c- Calculer la masse de l’échantillon de benzène,
puis calculer sa masse molaire,
d- Calculer la quantité de matière de
benzène que contient l’échantillon.
