Chimie Inorganique

Quel est le point commun entre les sels, les batteries de voiture, les déboucheurs de canalisations et les boîtes de conserve ? Réponse : ce sont tous des exemples de choses que tu trouveras en chimie inorganique.

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    La chimie inorganique est une branche de la chimie qui traite de la structure, des propriétés et de la réactivité des composés inorganiques.

    • Cet article est une introduction à la chimie inorganique.
    • Nous commencerons par définir ce qu'est la chimie inorganique et par la comparer à la chimie organique.
    • Nous examinerons ensuite certaines des idées clés de la chimie inorganique.
    • Enfin, nous donnerons un aperçu de certains des sujets que tu peux t'attendre à aborder dans les articles suivants.

    Que sont les composés inorganiques ?

    Avant d'aller plus loin, définissons d'abord les composés inorganiques.

    Les composés inorganiques sont des composés qui ne sont pas basés sur le carbone.

    Cette définition peut sembler large - elle l'est ! Elle englobe tous les autres éléments du monde.

    Jette un coup d'œil au tableau périodique ci-dessous. Le carbone y est surligné en rose. En chimie inorganique, nous étudions les composés fabriqués à partir de tous les autres éléments, des halogènes aux métaux de transition et tout ce qui se trouve entre les deux.

    Chimie inorganique tableau périodique StudySmarterLe tableau périodique. La chimie inorganique se concentre sur les composés qui ne sont pas à base de carbone. Ici, le carbone est représenté en rose. Originaux de StudySmarter

    La chimie inorganique n'ignore pas le carbone - elle ignore plutôt les composés à base de carbone. Il s'agit de composés basés sur des liaisons CC et CH. Ces composés sont appelés composés organiques et tu les étudieras dans le cadre de la chimie organique. Ils sont appelés ainsi parce que les scientifiques pensaient à l'origine qu'on ne pouvait les trouver que dans les organismes vivants, mais nous savons maintenant que ce n'est pas le cas. En revanche, en chimie inorganique, tu trouveras des structures comme le graphite et le diamant - tous deux composés uniquement de carbone !

    Pour revenir à l'un de nos exemples du début, les batteries des voitures diesel et à essence sont constituées d'électrodes placées dans une solution. L'électrode positive, l'anode, est recouverte de dioxyde de plomb tandis que l'électrode négative, la cathode, est constituée d'une grille en alliage de plomb remplie de plomb spongieux. La solution qui relie les deux électrodes est généralement de l'acide sulfurique. C'est ce qu'on appelle l'électrolyte. D'autre part, les voitures électriques contiennent des batteries avec une anode en graphite, une cathode en oxyde métallique mixte et un électrolyte lithium-ion. Tu étudieras toutes sortes de substances comme celles-ci en chimie minérale. En fait, la chimie inorganique joue un rôle essentiel dans de nombreux domaines de la vie. Par exemple, nous utilisons la chimie inorganique pour concevoir et développer des produits tels que des catalyseurs, des peintures, des batteries, des surfactants, des nettoyants, des bijoux et des médicaments.

    Chimie inorganique batterie de voiture électrique StudySmarterSchéma simplifié de la batterie d'une voiture électrique. Anna Brewer ÉtudeSmarter Originals

    Les bases de la chimie inorganique

    Voyons maintenant quelques-unes des idées de base que tu rencontreras en chimie inorganique.

    Le tableau périodique

    Le tableau périodique est une disposition tabulaire des éléments chimiques, organisée par numéro atomique et par propriétés.

    Le tableau périodique tel que nous le connaissons aujourd'hui est basé sur celui créé par le chimiste russe Dmitri Mendeleïev. Il a utilisé ses connaissances sur les propriétés des éléments pour les ordonner en lignes et en colonnes, et a même laissé des vides pour les éléments non découverts.

    Le tableau périodique :

    • Possède des colonnes appelées groupes et des lignes appelées périodes. Parmi les groupes notables, on trouve les métaux alcalins (groupe 1) et les halogènes (groupe 7, également connu sous le nom de groupe 17).
    • Présente ce que l'on appelle une périodicité. Cela signifie qu'il contient des motifs qui se répètent à chaque ligne.
    • Est organisée en blocs.
    • Contient des métaux, des non-métaux et des métalloïdes. Les métaux sont généralement considérés comme des éléments qui perdent des électrons pour former des ions positifs, tandis que les non-métaux gagnent des électrons pour former des ions négatifs. Les métalloïdes se situent entre les deux.

    Le tableau périodique divisé en quatre blocs,
    User:DePiep,
    CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

    Ions

    Les ions sont des espèces formées lorsqu'un atome perd ou gagne un ou plusieurs électrons pour former une particule chargée.

    Lescations sont des ions positifs tandis que les anions sont des ions négatifs.

    Les états d'oxydation

    Tu as peut-être déjà vu des espèces telles que Fe(II) avant. Tu peux aussi trouver Fe(III). Quelle est la différence entre ces deux espèces ?

    Eh bien, ces espèces ont des états d'oxydation différents.

    Les états d'oxydation indiquent le nombre total d'électrons qui ont été retirés d'un élément (état d'oxydation positif) ou ajoutés à un élément (état d'oxydation négatif) pour arriver à son état actuel.

    Les états d'oxydation sont très utiles dans les réactions d'oxydoréduction, que tu verras plus loin. Nous les représentons à l'aide de chiffres en exposant ou de chiffres romains. Par exemple, Fe(II) a un état d'oxydation de 2+ et peut également être écrit comme suit Fe2+. Cela signifie qu'il a perdu deux électrons par rapport à un atome de fer neutre.

    L'oxydoréduction

    Redox est un terme que nous utilisons pour décrire les réactions d'oxydation-réduction, que tu rencontreras en chimie physique. Cependant, elles sont également importantes en chimie inorganique.

    Les réactions d'oxydoréduction sont des réactions où il y a à la fois oxydation et réduction. Lorsqu'une espèce est oxydée, elle perd des électrons, et lorsqu'une espèce est réduite, elle gagne des électrons.

    Des tas de composés inorganiques se forment lors de réactions d'oxydoréduction. Regarde l'exemple entre le sulfate de zinc et le sulfate de cuivre :

    Zn (s) + CuSO4 (aq) ZnSO4 (aq) + Cu (s)

    Nous pouvons montrer qu'il s'agit d'une réaction d'oxydoréduction en utilisant les états d'oxydation :

    Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu

    Note ce qui suit :

    • Le zinc est oxydé car il perd des électrons.
    • Le cuivre est réduit parce qu'il gagne des électrons.
    • Le zinc agit comme un agent réducteur parce qu'il réduit le cuivre.
    • Le cuivre agit comme un agent oxydant car il oxyde le zinc.

    Acides et bases

    Les acides et les bases sont également abordés dans le cadre de la chimie physique, mais ils sont également pertinents ici.

    Un acide est un donneur de protons tandis qu'une base est un accepteur de protons.

    Certains éléments et composés sont de bien meilleurs acides ou bases que d'autres, et tu en apprendras un peu plus à ce sujet en chimie inorganique.

    États de transition

    Un état de transition est une étape d'une réaction où certaines liaisons sont partiellement rompues et d'autres partiellement formées. À ce stade, les molécules sont à leur niveau d'énergie maximal, ce qui rend les états de transition extrêmement instables.

    Imagine que tu exécutes une réaction au ralenti et que tu prennes une photo à mi-chemin. Si tu zoomes de près, tu pourras voir que certaines des liaisons initiales des réactifs se sont brisées mais que de nouvelles liaisons ne se sont pas tout à fait formées, ou que des composés intermédiaires se sont formés à la place. C'est un exemple d'état de transition.

    Toutes les molécules qui commencent à réagir ensemble ne terminent pas la réaction. À l'état de transition, il y a exactement 50 % de chances que la réaction se termine. La théorie de l'état de transition nous dit qu'une fois qu'une réaction a passé l'état de transition, elle se poursuivra toujours jusqu'à son terme.

    L'état de transition d'une réaction. Anna Brewer, StudySmarter Originals

    Types de composés

    La chimie organique est remplie de molécules comme les alcènes, les alcools et les amines. Mais en chimie inorganique, tu as beaucoup plus de chances de trouver des sels, des oxydes et des métalloïdes:

    • Un sel est un composé ionique formé lorsqu'un ion positif se lie à un ion négatif par attraction électrostatique. Tu as peut-être déjà rencontré les sels en chimie physique, dans la rubrique Liaison ionique.
    • Un minéral est un solide inorganique naturel ayant une composition chimique définie et une structure cristalline. Cela signifie qu'il contient un arrangement répétitif régulier d'atomes.
    • Lesoxydes sont des composés contenant au moins un ion d'oxygène avec un état d'oxydation de 2+
    • Les nitrates sont des composés contenant l'ion NO3- ion.
    • Les sulfates sont des composés contenant l'ion SO42- ion.
    • Lescomposés organométalliques traversent le pont entre la chimie organique et la chimie inorganique. Ce sont des composés contenant au moins une liaison entre un atome de carbone dans un composé organique, et un métal ou un métalloïde.

    Thèmes de la chimie inorganique

    En chimie inorganique, tu étudieras une variété de sujets, allant de la périodicité et des métaux du groupe 2 aux halogènes et aux ions. Explorons-en quelques-uns ci-dessous.

    Périodicité et tendances

    Comme nous l'avons mentionné précédemment, le tableau périodique présente une périodicité: il contient des motifs qui se répètent sur chaque ligne du tableau. Cela signifie qu'en descendant dans une colonne du tableau périodique, appelée groupe, tu constateras que les éléments réagissent tous de la même manière. (Regarde la rubrique Périodicité et tendances pour explorer certaines des tendances du tableau périodique, notamment les rayons atomiques et l'énergie d'ionisation). En connaissant ces caractéristiques, il est beaucoup plus facile de prédire la réaction d'un élément. Tu te concentreras plus particulièrement sur les éléments de la période 3.

    Groupes 2 et 7

    Le groupe 2 contient les métaux alcalino-terreux tandis que le groupe 7 (également connu sous le nom de groupe 17) contient les halogènes, une famille de non-métaux. Dans ces deux sujets, tu exploreras leurs propriétés chimiques et physiques. Par exemple :

    • Comment la réactivité change-t-elle au fur et à mesure que l'on descend dans le groupe 2 ?
    • Quels sont les composés du groupe 2 qui sont solubles et ceux qui ne le sont pas ?
    • Quel halogène a la meilleure capacité d'oxydation ?
    • Quelles sont les utilisations du chlore ?

    Métaux de transition

    Après cela, tu visiteras les métaux de transition.

    Un métal de transition est un élément qui forme des ions avec une sous-coquille d partiellement remplie.

    La plupart des métaux de transition se trouvent dans le bloc d du tableau périodique, mais pas tous. Tous les éléments du bloc d ne sont pas non plus des métaux de transition. Par exemple, le zinc ne forme que des ions Zn2+ avec une sous-coquille 3d complète, 3d10, et n'est donc pas un métal de transition. Tu peux aussi noter que les éléments du bloc f sont considérés comme des métaux de transition. Ils sont souvent appelés métaux de transition internes. Dans le tableau périodique ci-dessous, nous avons représenté les éléments du bloc f en violet et les éléments du bloc d en bleu, les métaux de transition du bloc d étant entourés en rouge :

    Le tableau périodique, avec les éléments des blocs d et f surlignés. Originaux StudySmarter

    Les métaux de transition partagent quatre propriétés communes :

    • Ils ont des états d'oxydation variables.
    • Ils ont des couleurs vives.
    • Ce sont de bons catalyseurs.
    • Ils forment des ions complexes. Un ion complexe est un composé formé lorsqu'un métal de transition se lie à d'autres espèces, appelées ligands, à l'aide de liaisons covalentes coordonnées ou datives.

    Tu apprendras tout à ce sujet dans Métaux de transition.

    Réactions des ions en solution aqueuse

    Enfin, dans cette rubrique, tu approfondiras la question des ions et de l'acidité.

    • Pourquoi certains métaux sont-ils de meilleurs acides que d'autres ?
    • Qu'est-ce que la chélation ?
    • Comment l'eau est-elle remplacée dans les réactions de substitution de ligands ?

    Autres sujets en chimie inorganique

    La chimie inorganique ne s'arrête pas aux sujets que nous avons explorés ci-dessus. D'autres exemples incluent les métaux du groupe 1, connus sous le nom de métaux alcalins, l'électrolyse, le groupe 4 et l'extraction des métaux.

    Assure-toi de savoir ce que ton jury d'examen veut que tu saches pour la chimie inorganique. Tous les jurys d'examen ne te testeront pas sur tous les sujets - même si en apprendre plus n'est jamais une mauvaise chose !

    Chimie inorganique - Principaux enseignements

    • La chimie inorganique est une branche de la chimie qui traite de la structure, des propriétés et de la réactivité des composés inorganiques. Les composés inorganiques sont des composés qui ne sont pas basés sur des liaisons C-C et C-H.
    • La chimie inorganique utilise tes connaissances sur des sujets tels que l'oxydoréduction et l'acidité.
    • Dans Périodicité, tu exploreras les tendances du tableau périodique.
    • Dans le groupe 2 et le groupe 7, tu exploreras les propriétés et les réactions de groupes spécifiques du tableau périodique.
    • Dans Métaux de transition, tu étudieras les propriétés des métaux de transition.
    • Dans Ions de métaux de transition en solution aqueuse, tu en apprendras plus sur l'acidité et les ligands.
    • Les autres sujets de la chimie inorganique comprennent les métaux du groupe 1, les éléments du groupe 4 et l'électrolyse.

    Références

    1. Le tableau périodique divisé en quatre blocs, partagé sous CC BY-SA 3.0(https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)
    Questions fréquemment posées en Chimie Inorganique
    Qu'est-ce que la chimie inorganique?
    La chimie inorganique étudie les composés sans carbone-hydrogène, y compris les métaux, les minéraux et les complexes de coordination.
    Quelle est la différence entre la chimie organique et inorganique?
    La chimie organique se concentre sur les composés contenant du carbone-hydrogène, tandis que la chimie inorganique étudie les autres composés, principalement les minéraux et les métaux.
    Quel est le rôle des métaux de transition en chimie inorganique?
    Les métaux de transition jouent un rôle clé en catalyse et formation de complexes, grâce à leur capacité à adopter plusieurs états d'oxydation.
    Quels sont des exemples courants de composés inorganiques?
    Des exemples incluent l'eau (H2O), les sels comme le chlorure de sodium (NaCl) et les oxydes métalliques comme l'oxyde de fer (Fe2O3).

    Teste tes connaissances avec des questions à choix multiples

    Les colonnes du tableau périodique sont appelées _____.

    Les cations ont une charge _____.

    Les anions ont une charge _____.

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