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UNIVERSITE DU MAINE 15 Décembre 1997
Faculté des Sciences
DOR01 - Epreuve de Chimie - Correction rapide
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Atomistique et liaison chimique (24/60) :
La plupart des réponses sont disponibles dans les pages 1-16 du polycopié.
/1 1. Donner la configuration électronique complète du Selenium (Se) et le numéro atomique du Hafnium (Hf).
Se : 1s2,2s22p6,3s23p6,4s23d104p4 Hf : Z=72
/3 2. On considère l'atome de Phosphore (Z=15). Donner sa configuration électronique complète. Représenter, pour les électrons de valence, les orbitales atomiques mises en jeu, en précisant pour chacun la valeur des nombres quantiques correspondants.
Phosphore : P , Z=15 : n=3
l =0 (3s) l =1 (m=-1 3py, m=0 3pz, m=1 3px)
l =2 (m=-2 3dxy, m=-1 3dyz, m=0 3dz2 m=1 3dxz, m=2 3dx2-y2) /4 3. On considère l’atome d’hydrogène isolé. Soumis à une énergie d’origine extérieure, l’électron est promu au niveau
n=3. Calculer la(les) longueur(s) d’onde créée(s) au cours de son retour à l’état fondamental . On donne : W1 = −13 6. eV = −2 176 10. ⋅ −18J h=6 62618 10. ⋅ −34J s. c=2 997925 10. ⋅ 8m s. −1.
λ3→1=102.7 nm λ2→1=121.7 nm λ3→2=657.3 nm
Cet exercice faisait partie de ceux proposés sur le serveur Web - L’aviez vous consulté ?
/2 4. On rendra le tableau périodique fourni après avoir explicitement fait apparaître les métaux, les éléments non- métalliques. Situer la famille des alcalino-terreux et celle des chalcogènes.
Voir le tableau périodique : Métaux à gauche de l’escalier partant du Bore jusqu'à l’Astate ;
alcalino-terreux (Colonne 2), chalcogènes (colonne 6 sans l’Oxygène)
/2 5. Quels sont les degrés d'oxydation maximum et minimum adoptés par les éléments chimiques du groupe V. Fournir à chaque fois en exemple la formulation de composés chimiques hydrogénés (H+I) ou oxygénés (O2-) .
-III +V P(-III)H3 et P(+V)2O5., P(+V)O4 3-
/2 6. Evaluer les degrés d'oxydation des éléments dans les molécules ou ions suivants:
S(+IV)O(-II)Cl(-I)2 Li(+I)Al(+III)H(-I)4 P(+III)O(-II)33- Al(+III)O(-II)2-
/4 7. On considère les molécules ou ions suivants : AsF6− , POCl3 , ICl2− et SNF3 . Donner dans chaque cas le degré d'oxydation de l'atome coordinateur et la forme géométrique adoptée par la molécule ou l'ion.
As(+V)F6-
(12e- , 0 DNL, 6 vol., octaèdre) ,P(+V)OCl3 (10e- , 0 DNL,4 vol., tétraèdre), I(+I)Cl2-
(10e- , 3 DNL, 5 vol , bipyramide trigonale ), S(+IV) NF3 (12e- , 0 DNL, 4 vol., tétraèdre),
/2 8. Quelles différences significatives présentent les molécules SO2 et SO3 au niveau stéréochimique et que peut-on envisager comme comportement chimique pour ces 2 oxydes.?
S(+IV)O2 (10e- , 1 DNL, 3 vol., triangulaire), S(+VI)O3 (12e- , 0 DNL, 3 vol., triangulaire) ; l’oxyde SO3 aura toujours un comportement oxydant alors que l’oxyde SO2 sera plutôt réducteur (parfois oxydant avec des réducteurs forts).
/2 9. Parmi les réactions suivantes, préciser les réactions redox :
CuSO4 + H2O → CuSO4,5H2O HCl + H2O → H3O+ + Cl- Zn + H3O+ → Zn2+ + H2O + H2 Al2S3 + H2O → Al2O3 + H2S
/2 10. Pouvez vous expliquer simplement (1 dessin simple et 5 lignes au plus) pourquoi l’eau n’est pas un gaz à température ambiante alors que des dérivés hydrogénés de la 2ème période comme BH3, CH4, NH3 le sont.
Liaison hydrogène, voir page 15
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Chimie du solide (30/60) : La plupart des dessins et explications sont disponibles sur le serveur (page 19-22)
/10 11. Dans un métal comme le cobalt α qui cristallise suivant l’empilement hexagonal compact ABABA...(a=2.507 Å et c=4.0696 Å ), les atomes supposés sphériques occupent les positions suivantes :
0 0 0 et 1/3 2/3 ½
a / Tracer la projection sur le plan (001).
b°/ Calculer la masse volumique ρ en g.cm-3 ( M = 58.93 g.mol-1),
V=a.b.c.cos30°=a2c√3/2, ρ = 2*M/(N*a2c√3/2)=8.83 g.cm-3 avec N=6.023 1023 c°/ Sachant que cet empilement est compact, en déduire le rayon atomique du cobalt.
dans ce cas les atomes sont tangents suivant a0 ou b0, on a alors a0 = 2r et r= 1.253 Å d / Quel serait le paramètre a0 de la maille cubique toutes faces centrées dans le cas où ces atomes de cobalt
s’empileraient suivant la séquence ABCABC.... ?
dans ce cas les atomes seraient tangents suivant la diagonale de la face du cube, on a alors a0√2 = 4r et a0= 3.544 Å
/12 12. L'une des variétés de l’iodure d’argent cristallise dans le système cubique avec un paramètre de maille a0=6.473 Å.
Les atomes occupent les positions suivantes :
Ag 0 0 0 ½ 0 ½
0 ½ ½ ½ ½ 0
I ¼ ¼ ¼ ¾ ¾ ¼
¼ ¾ ¾ ¾ ¼ ¾
a - Projeter la structure sur le plan (001) (échelle 1Å=1cm) en utilisant un symbolisme différent pour I- et Ag+.
b - Quel est le mode de réseau ? Justifiez.
On peut vérifier l’existence des 4 translations :
0 0 0 ½ 0 ½ 0 ½ 1/2 ½ ½ 0
Le mode de réseau est F (toutes faces centrées).
c - Quelle est la formulation chimique simple du composé? : Quel est le motif périodique ?
Formulation chimique : AgI et motif périodique : AgI (4 motifs AgI par maille - réseau F) On pourrait remarquer que cette structure est du type ZnS blende
d - Quelle est la masse volumique théorique du composé ? (Ag=107.87 g.mol-1 ; I=126.904 g.mol-1).
ρ = 4*M/(N*a03)=5.75 g.cm-3 avec N=6.023 1023 et M=(107.87+126.904)
e - Quelle est la coordinence de l’argent (justifiez en calculant la distance Ag-I la plus courte). La liaison Ag-I est-elle purement ionique ? (rAg+ =1 0. A et& rI− =2 00. A& ).
L’argent est en coordinence [4] : Ag+ ½ ½ 0 I- ¼ ¼ ¼
¾ ¾ ¼
¾ ¼ ¾
¼ ¾ ¾
la distance caractéristique Ag-I entre les ions Ag+ (0 0 0) et I- (¼ ¼ ¼ ) = a0√3/4=2.803Å. Cette distance est nettement inférieure à la somme des rayons ioniques (3.00Å), laissant supposer un certain taux de covalence.
r b
ra
1/2
ar
1/2 r
b
1/2 1/2
1/2 1/4
1/4 3/4
3/4
Ag+
I-
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/8 13. On considère les oxydes, sulfures, nitrures ou halogénures cubiques suivants (entre parenthèses la valeur en Å du paramètre a0 de la maille cubique) :
TlBr (3.97) CdS (5.82) MgO (4.21) KBr (6.60) MnS (5.22).
Les rayons utiles ( en Å) manifestés par les éléments dans ces structures sont les suivants :
Tl+ 1.50 Mg2+ 0.72 Mn2+ 0.80 K+ 1.38 Cd2+ 0.70
S2- 1.84 O2- 1.40 Br- 1.96
a / Quels sont les structures adoptées par ces composés (ZnS blende - NaCl ou CsCl ) ?
Composé TlBr CdS MgO KBr MnS
rcation/Ranion 0.76 0.38 0.51 0.70 0.43
Structure type CsCl ZnS NaCl NaCl NaCl
Chimie descriptive : l’Hydrogène (6/60)
/6 14. Représenter l’échelle des nombres d’oxydation avec les valeurs adoptées par l’Hydrogène ; donner pour chaque valeur 2 exemples de composés chimiques.
L’hydrogène peut adopter les nombres d’oxydation suivants : -I ion hydrure (NaH, LiAlH4 ) , 0 (H2) , +I (H2O, NH3... )
Table d'électronégativité (selon L. PAULING)
H 2.1
He Li
1.0 Be 1.5
B 1.9
C 2.5
N 3.0
O 3.5
F 4.0
Ne Na
0.9 Mg 1.2
Al 1.5
Si 1.8
P
2.1 S
2.5 Cl 3.0
Ar K
0.8 Ca 1.0
Sc 1.3
Ti 1.5
V 1.6
Cr 1.6
Mn 1.5
Fe 1.8
Co 1.8
Ni 1.8
Cu 1.9
Zn 1.5
Ga 1.6
Ge 1.8
As 2.0
Se 2.4
Br 2.8
Kr Rb
0.8 Sr 1.0
Y 1.2
Zr 1.4
Nb 1.6
Mo 1.8
Tc 1.9
Ru 2.2
Rh 2.2
Pd 2.2
Ag 1.7
Cd 1.4
In 1.7
Sn 1.8
Sb 1.9
Te 2.1
I 2.5
Xe Cs
0.7 Ba 0.9
Ln 1.1-1.2
Hf 1.3
Ta 1.5
W 1.7
Re 1.9
Os 2.2
Ir 2.2
Pt 2.2
Au 2.4
Hg 1.9
Tl 1.8
Pb 1.8
Bi 1.8
Po 2.0
At 2.2
Rn Fr
0.7 Ra 0.9
Ac 1.1
Th 1.3
Pa 1.5
U 1.7
Np-Lr 1.3
Les métaux sont surlignés en jaune fluo
Les alcalino-terreux : 2ème colonne des éléments métalliques (en rouge) Les chalcogènes : famille du groupe VI sauf l’oxygène (en magenta)
