Chimie inorganique
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A : Le borane B2H6 est déficient en électrons.
B : Le chlorure de césium a une structure cristalline archétypique.
C : Les ferrocènes sont des complexes organométalliques.
D : Le silicone a de nombreuses utilisations dont les implants mammaires.
E : Le catalyseur de Grubbs a valu le prix Nobel de chimie à son découvreur.
F : Les zéolithes ont des structures poreuses et servent de tamis moléculaires.
G : L'acétate de cuivre (II) a surpris les théoriciens avec son diamagnétisme.
La chimie inorganique est la subdivision de la chimie qui s'intéresse à tous les composés inorganiques qui ne font pas partie par certains aspects ni de la chimie organique qui s'occupe des composés organiques, ni de la chimie minérale qui s'intéresse aux minéraux et aux métaux et leurs alliages. En particulier, les composés inorganiques peuvent être aussi moléculaires comme les objets de la chimie organique et aussi souvent comportent des atomes de non-métaux et/ou des métaux typiques de la chimie minérale. L'étude de leurs propriétés fait souvent appel à une large gamme de méthodes physicochimiques car ils peuvent allier des propriétés typiques de la chimie organique (faible densité, transparence, solubilité, isolation, inflammabilité, synthèse en conditions douces, etc.) avec des propriétés physiques habituellement liées à des composés minéraux comme conductivité, magnétisme, activité optique, catalyse et même avec des composés biologiques appelés bioinorganiques, par exemple, les cœurs de l'hémoglobine, la chlorophylle, la vitamine B12 et beaucoup d'enzymes qui sont, de fait, inorganiques.
Histoire[modifier]
En 1690, dans son Cours de chimie, Nicolas Lémery introduisit la distinction entre la « chimie minérale », qui ne faisait intervenir à l'époque que des composés inertes, et la chimie organique, dont les substances sont issues des animaux et des végétaux. Cette distinction, soutenue par la théorie de la force vitale, persista jusqu'au milieu du XIXe siècle. En 1828, l'expérience réalisée par le chimiste Friedrich Wöhler mit fin à cette démarcation en transformant du cyanate d'ammonium (supposé minéral), en une substance organique, l'urée.
Principes[modifier]
Structure atomique[modifier]
Symétrie moléculaire[modifier]
Liaisons moléculaires[modifier]
Composés ioniques[modifier]
Liaison covalente[modifier]
Acides et bases[modifier]
Oxydation et réduction[modifier]
Caractérisation des composés inorganiques[modifier]
Chimie descriptive des éléments[modifier]
Eléments du groupe principal[modifier]
Hydrogène[modifier]
Métaux alcalins[modifier]
Les métaux alcalins sont composés des éléments chimiques de la première colonne du tableau périodique des éléments[1]. Le lithium (Li), le sodium (Na), le potassium (K), le rubidium (Rb), le césium (Cs) et le francium (Fr) font donc partie de cette famille, à l'exception notable de l'hydrogène[2]. Aucun des éléments du groupe n'existe à l'état d'élément pur dans la nature, on ne les retrouve que sous la forme de composés[3].
De tous les groupes du tableau périodique, les alcalins montrent de façon claire l'effet de l'augmentation de la taille et de la masse sur les propriétés chimiques et physiques[4]. Ainsi, la réactivité des métaux alcalins augmente avec le numéro atomique (Z). Ceci est principalement relié au fait qu'ils peuvent facilement perdre leur unique électron situé sur la couche de valence et former ainsi des cations chargés +1, la configuration électronique du cation rejoignant celle des gaz rares[5]. L'énergie d'ionisation diminue lorsque l'on descend dans le groupe, et il est donc de plus en plus facile d'éliminer l'électron de valence quand Z augmente, cet électron pouvant participer à des réactions chimiques.
Les métaux alcalins ont tendance à former presque exclusivement des liaisons ioniques avec des éléments non-métalliques et halogènes. On les retrouve donc principalement sous forme de sels ou d'oxydes[6].
Les métaux[modifier]
La réduction chimique des cations alcalins pour obtenir la forme métallique est difficile, et la méthode de préparation la plus communément employée pour leur préparation est l'électrolyse des sels fondus du composé chloré[7],[8]. Les métaux alcalins sont très réducteurs, et la réactivité augmente lorsque lorsque le numéro atomique augmente[9]; le dioxygène, le dichlore et le dihydrogène peuvent ainsi être réduits facilement. La forme métallique des alcalins doit être conservée dans l'huile afin d'éviter toute réaction avec le dioxygène. Ils réagissent aussi violemment avec l'eau pour former du dihydrogène et des hydroxydes alcalins[7]. Le lithium est le moins réactif en présence d'eau, alors que le sodium réagit violemment, le potassium s'enflamme et le rubidium et le césium explosent[9].
Les métaux alcalins sont solubles dans l'ammoniac liquide et donnent une intense coloration bleue à la solution[10]. Ces solutions sont conductrices, et la couleur et ces propriétés conductrices sont expliquées par la solvatation de l'électron de valence du métal. Dans de l'ammoniac pur, le temps de vie de l'électron solvaté peut être assez long (de l'ordre de 1 % de decomposition par jour)[10]. Ces solutions sont communément utilisées pour préparer divers composés organiques et inorganiques[11].
Les halogènes[modifier]
Les métaux alcalins font partie des éléments les plus électropositifs du tableau périodique, et tendent à former des liaisons ioniques avec les éléments les plus électronégatifs, les halogènes, pour former des sels. Lorsque l'on descend dans le groupe, l'enthalpie de formation devient moins négative pour les fluorures, mais plus négative pour les chlorures, bromures et iodures[12].
Les halogénures de métaux alcalins sont des solides incolores à haut point de fusion qui peuvent être facilement préparés à partir de l'hydroxyde (MOH) ou du carbonate (M2CO3) correspondant, en présence d'un acide halogénohydrique (HX), et suivit d'une recristallisation[13]. Hormis pour le LiF, tous les halogénures de métaux alcalins sont solubles dans l'eau[14]. De très grandes quantités de NaCl et de KCl sont disponibles naturellement sur Terre, et peuvent être purifiées par cristallisation.
Les oxydes[modifier]
Les complexes[modifier]
Les composés organométalliques[modifier]
Un grand nombre de composés organo-alcalins ont pu être préparé en combinant des métaux alcalins avec divers non-métaux[15]. Ces composés sont des bases fortes, et ont d'importantes applications en chimie de synthèse, notamment pour la préparation de composés organométalliques[15],[16].
Métaux alcalino-terreux[modifier]
Groupe 13[modifier]
Groupe 14[modifier]
Groupe 15[modifier]
Chalcogènes[modifier]
Halogènes[modifier]
Gaz nobles[modifier]
Métaux de transition[modifier]
Première série[modifier]
Deuxième et troisième séries[modifier]
Lanthanides[modifier]
Actinides[modifier]
Catalyse[modifier]
Chimie du solide et des matériaux[modifier]
Nanomatériaux, nanoscience et nanotechnologie[modifier]
Chimie inorganique industrielle[modifier]
Chimie inorganique des systèmes biologiques[modifier]
Pollution et environnement[modifier]
Littérature en chimie inorganique[modifier]
Livres de référence[modifier]
- (en) P. W. Atkins, T. Overton et al., Inorganic chemistry, New York (États-Unis), W. H. Freeman and Company, 2010, 5e éd., 830 p. (ISBN 9780199236176) [présentation en ligne].
- (en) C. E. Housecroft et A. G. Sharpe, Inorganic chemistry, Harlow (Royaume-Uni), Prentice Hall, 2005, 2e éd., 992 p. (ISBN 9780130399137) [présentation en ligne].
- (en) P. A. Cox, Inorganic chemistry, BIOS Scientific Publishers, 2004, 2e éd., 359 p. (ISBN 9781859962893) [présentation en ligne].
- (en) K. H. Büchel, H.-H. Moretto et al., Industrial inorganic chemistry, Weinheim (Allemagne), Wiley-VCH, 2000, 2e éd., 667 p. (ISBN 9783527298495) [présentation en ligne].
- (en) F. A. Cotton, G. Wilkinson et al., Advanced inorganic chemistry, John Wiley & Sons, 1999, 6e éd., 1376 p. (ISBN 9780471199571) [présentation en ligne].
- J. E. Huheey, E. A. Keiter et al. (trad. André Pousse et Jean Fischer), Chimie inorganique [« Inorganic chemistry: Principles of structure and reactivity »], De Boeck Université, 1996, 964 p. (ISBN 9782804121129) [lire en ligne] [présentation en ligne].
Publications scientifiques[modifier]
Les sources primaires en chimie inorganique se résument à une quarantaine de revues scientifiques selon le Journal Citation Reports[17], auxquelles il faut ajouter une dizaine de revues généralistes en chimie, comme Angewandte Chemie, Chemical Communications ou Journal of the American Chemical Society. Quelques articles paraissent aussi chaque année dans les revues scientifiques généralistes Nature et Science. Le tableau suivant présente les principales revues scientifiques internationales spécialisées en chimie inorganique.
| Titre | Éditeur | Année de création | Facteur d'impact (2011) |
|---|---|---|---|
| Applied Organometallic Chemistry | John Wiley & Sons | 1987 | 2,061 |
| Coordination Chemistry Reviews | Elsevier Science | 1973 | 12,110 |
| Dalton Transactions | Royal Society of Chemistry | 1966 | 3,838 |
| European Journal of Inorganic Chemistry | John Wiley & Sons | 1998 | 3,049 |
| Inorganic Chemistry | American Chemical Society | 1962 | 4,601 |
| Inorganic Chemistry Communications | Elsevier Science | 1998 | 1,972 |
| Inorganica Chimica Acta | Elsevier Science | 1967 | 1,846 |
| Journal of Biological Inorganic Chemistry | Springer Verlag | 1996 | 3,289 |
| Journal of Inorganic Biochemistry | Elsevier Science | 1971 | 3,354 |
| Journal of Organometallic Chemistry | Elsevier Science | 1963 | 2,384 |
| Journal of Solid State Chemistry | Elsevier Science | 1969 | 2,159 |
| Organometallics | American Chemical Society | 1982 | 3,963 |
| Polyhedron | Elsevier Science | 1955 | 2,057 |
| Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie | John Wiley & Sons | 1892 | 1,249 |
Les sources secondaires sont les publications scientifiques publiant des articles de revue en chimie inorganique, principalement Coordination Chemistry Reviews, Chemical Society Reviews et Chemical Reviews. Certaines des publications primaires présentant des résultats scientifiques proposent aussi dans chaque numéro des articles de revue. La collection Inorganic Syntheses est une série de livres éditée depuis 1939 qui vise à publier les procédures détaillées de synthèses de composés inorganiques[18].
Notes et références[modifier]
- (en) F. A. Cotton, G. Wilkinson et al., Advanced inorganic chemistry, John Wiley & Sons, 1999, 6e éd., 1376 p. (ISBN 9780471199571) [présentation en ligne], chap. 3 (« The group 1 elements: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr »), p. 92.
- (en) N. G. Connelly, R. M. Hartshorn et al., Nomenclature of inorganic chemistry: IUPAC recommendations, Cambridge (Royaume-Uni), International Union of Pure and Applied Chemistry, 2005, 377 p. (ISBN 0854044388) [lire en ligne (page consultée le 19 mars 2013)] [présentation en ligne], chap. 3 (« Elements »), p. 51.
- (en) M. Halka et B. Nordstrom, Alkali and alkaline earth metals, New York (États-Unis), Infobase Publishing, coll. « Periodic Table of the Elements Set », 2010, 192 p. (ISBN 9780816073696) [présentation en ligne], p. xvi.
- Cotton et Wilkinson 1999, chap. 3 (« The group 1 elements: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr »), p. 92.
- (en) N. N. Greenwood et A. Earnshaw, Chemistry of the elements, Butterworth-Heinemann, 1997, 2e éd., 1359 p. (ISBN 9780750633659) [présentation en ligne], chap. 4 (« Lithium, Sodium, Potassium, Rubidium, Caesium and Francium »), p. 76.
- Halka et Nordstrom 2010, p. xvii.
- (en) Visual Elements: Group 1 - The Alkali Metals, sur le site de la Royal Society of Chemistry. Consulté le 21 mars 2013.
- (en) R. B. Heslop et P. L. Robinson, Inorganic chemistry: a guide to advanced study, Amsterdam (Pays-Bas), Elsevier, 1963, 2e éd., 591 p., chap. 14 (« The Alkali Metals (Group I A) »), p. 248.
- Cotton et Wilkinson 1999, chap. 3 (« The group 1 elements: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr »), p. 95.
- Cotton et Wilkinson 1999, chap. 3 (« The group 1 elements: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr »), p. 96.
- Greenwood et Earnshaw 1997, chap. 4 (« Lithium, Sodium, Potassium, Rubidium, Caesium and Francium »), p. 78-79.
- (en) P. W. Atkins, T. Overton et al., Inorganic chemistry, New York (États-Unis), W. H. Freeman and Company, 2010, 5e éd., 830 p. (ISBN 9780199236176) [présentation en ligne], chap. 11 (« The Group 1 elements »), p. 299.
- Greenwood et Earnshaw 1997, chap. 4 (« Lithium, Sodium, Potassium, Rubidium, Caesium and Francium »), p. 82.
- Atkins et Overton 2010, chap. 11 (« The Group 1 elements »), p. 296.
- (en) K. Ruhlandt-Senge, K. W. Henderson et al., Alkali Metal Organometallics - Structure and Bonding, Compounds of groups 1-2 and 11-12, Elsevier Science, coll. « Comprehensive Organometallic Chemistry » (no 2), 2006, 3e éd., 498 p. (ISBN 9780080445922) [présentation en ligne], p. 1-65.
- (en) J. D. Dunitz (dir.), P. Hemmerich (dir.) et al., Alkali metal complexes with organic ligands, Springer, coll. « Structure and Bonding » (no 16), 1973, 189 p. (ISBN 9783540064237) [présentation en ligne].
- Journal Citation Reports, sur le site de Thomson Reuters. Consulté le 19 mars 2013.
- Inorganic Syntheses, sur le site de John Wiley & Sons. Consulté le 20 mars 2013.
