Magnésium : du minerai au métal , le magnésium en chimie organique concours technicien laboratoire 2008

Le numéro atomique du magnésium est Z=12. Que peut-on en déduire sur la composition de l'atome de magnésium ? 12 électrons et 12 protons positifs. Il existe plusieurs isotopes du magnésium, notés 2412Mg, 2512Mg, 2612Mg. Qu'appelle t-on isotopes ? Des isotopes ne se différentient que par leurs nombres de neutrons ; ils ont le même numéro atomique. Donner la structure ( nombre de protons, neutrons, électrons) des trois isotopes du magnésium. 2412Mg : 12 électrons, 12 protons, 24-12 = 12 neutrons. 2512Mg : 12 électrons, 12 protons, 25-12 = 13 neutrons. 2612Mg : 12 électrons, 12 protons, 26-12 = 14 neutrons. On donne l'abondance de chaque isotope dans le magnésium : 2412Mg : 78,7 % ; 2512Mg : 10,1 % ; 2612Mg :11,2 %. En déduire la masse molaire du magnésium naturel. M = 24*0,787 + 25*0,101 +26*0,112 =18,88+2,525+2,912=24,3 g/mol.   Le magnésium est situé dans la 3è ligne et la 2è colonne de la classification périodique. Quel est le nom de la famille à laquelle le magnésium appartient ? Citer un autre élément de la même famille ? Alcalino-terreux : Ca ( calcium), Mg, Ba ( baryum). Combien le magnésium a t-il d'électrons sur sa couche la plus externe ? 1s2 2s2 2p6 3s2 ( deux électrons externes) Pour quelle raison le magnésium se trouve t-il dans les produits naturels au degré d'oxydation +II ? En cédant ses deux électrons externes, l'atome de magnésium conduit à l'ion Mg2+ dont la dernière couche électronique est saturée à 8 électrons ( règle de l'octet ). Préparation du magnésium. Les sources essentielles de magnésium sont l'eau de mer, dont on peut extraire le composé MgCl2 et les gisements de magnésite MgCO3 et de dolomite CaMg(CO3)2. Préparation du magnésium à partir de MgCl2. On peut préparer le magnésium par électrolyse du chlorure de magnésium fondu. Quels sont les ions présents dans le chlorure de magnésium fondu ? Ion magnésium Mg2+ et ion chlorure Cl-. Ecrire la demi-équation électronique expliquant la formation de magnésium. Réduction de l'ion magnésium : Mg2+ + 2e- = Mg. L'électrolyse peut être schématisée de la façon suivante : Indiquer, en reproduisant le schéma, le signe des bornes du générateur et le sens du déplacement des électrons dans le circuit extérieur. A la cathode on observe une réduction ( gain d'électrons par un oxydant qui se réduit) ; à l'anode on observe une oxydation.   Préparation du magnésium à partir de MgCO3. MgCO3 est un solide ionique constitué d'ion Mg2+ et CO32-. Quel est le nom e l'ion CO32-. carbonate. MgCO3 subit une réaction de calcination qui forme MgO ( dolomie), MgO est ensuite réduit en Mg par le silicium Si. Cette raction forme également de la silice SiO2. Ecrire l'quation bilan de cette dernière réaction. 2MgO + Si = SiO2+2Mg Pourquoi parle t-on de réduction de MgO en Mg ? Le nombre d'oxydation du magnésium dans MgO est +II ; il est de zéro dans Mg. Le nombre d'oxydation du magnésium diminue de +II à zéro. MgO suit donc une réduction. Utilisation du magnésium en synthèse organique. Etude du composé de départ : A quelle famille chimique appartient le composé A dont la formule semi-développée est : Alcool secondaire : propan-2-ol. Les pictogrammes suivants sont présents sur les bouteilles de A : Préciser leur signification. Substance inflammable ; substance nocive, irritante. Quelles précautions faut-il prendre lors de l'utilisation de ce produit ? Travailler en absence de flamme, port de blouse, de gants et utiliser une hotte aspirante. Le propan-1-ol, noté A' est un isomère de A. Définir le terme isomère. Deux isomères ont la même formule brute mais des formules développées spatiales différentes. Qu'obtient-on par oxydation, en présence d'ions permanganate de A ? de A' ? Donner les formules semi-développées et les noms des molécules obtenues. L'alcool secondaire A conduit à une cétone H3C-CO-CH3, propanone ou acétone. L'alcool primaire A' conduit à un aldehyde CH3-CH2-CHO propanal puis à un acide carboxylique CH3-CH2-COOH acide propanoïque. Préparation d'un dérivé halogéné. On fait réagir une solution aqueuse d'acide chlorhydrique sur le composé A. On obtient un composé B de formule brute C3H7Cl. Ecrire l'équation de cette réaction. CH3-CH(OH)-CH3 + HCl = CH3-CHCl-CH3 + H2O. Choisir parmi les termes suivants, ceux qui s'appliquent à cette réaction : addition, réduction, élimination, substitution, radicalzire, électrophile, oxydation, nucléophile. Substitution nucléophile. Nommer le composé B obtenu. 2-chloropropane. Préparation d'un organomagnésien. On introduit 4,00 g de B dans 40 mL d'ether diéthylique. On verse cette solution goute à goutte sur 2,00 g de magnésium ( sous forme de tournures) dans l'éther. Faire un schéma annoté du montage. colonne Vigeux ou réfrigérant droit surmonté d'un dispositif déshydratant contenant CaCl2. ampoule de coulée ; ajout goutte à goutte du dérivé halogéné ballon bicol contenant de l'éther anhydre et les copeaux de magnésium Dispositif d'agitation Il faut travailler en milieu anhydre, sinon l'organomagnésien est détruit par l'eau ( la réaction est vive); de plus l'éther, par ses propriétés basiques, stabilise l'organomagnésien formé. Ecrire l'équation de la réaction de formation de l'organomagnésien. CH3-CHCl-CH3 + Mg = (CH3)2CH MgCl. Nommer l'organomagnésien. Chlorure d'isopropylmagnésium. Calculer les quantités de matière de chacun des réactifs. Cl : 35,5 ; C : 12 ; H : 1 ; Mg : 24,3 g/mol.  n(Mg) = m/M = 2,00/24,3 = 8,23 10-2 mol ; n(B) = 4 / 78,5=5,10 10-2 mol. 5,10 10-2 mol de B réagit avec 5,10 10-2 mol de magnésium ; or on dispose de 8,23 10-2 mol de magnésium : ce dernier est en excès. Utiliser un excès de magnésium et ajouter le dérivé halogéné progressivement permet d'éviter une réaction parasite. Laquelle ? Réactions indésirable : réaction de couplage de Wurtz RCl + RMgCl = R-R + MgCl2 ; R est le groupe isopropyl.   Préparation d'un alcool. l'organomagnésien précédent, noté C réagit par addition nucléophile avec le butanal pour donner, après hydrolyse l'alcool D, dont la formule semi-développée est : Nommer l'alcool D. A quelle classe appartient-il ? 2-méthylhexan-3-ol, alcool secondaire. Ecrire l'équation des deux réactions permettant de passer de C à D. CH3-CH2-CH2-CHO + (CH3)2CH MgCl = CH3-CH2-CH2-CH (OMgCl) - CH(CH3)2. CH3-CH2-CH2-CH (OMgCl) - CH(CH3)2 + H2O = CH3-CH2-CH2-CH (OH) - CH(CH3)2 +½MgCl2 +½Mg(OH)2. Quel est l'intérêt majeur de ce type de réaction en chimie organique ? L'addition nucléophile de l'organomagnésien réduit un aldéhyde en alcool secondaire. L'alcool D est purifié par distillation fractionnée. Faire le schéma annoté du montage. F : réfrigérant à eau.

retour -menu