Module CHIM101A : Structure et propriétés des atomes Examen Seconde session (durée : 1H30) CORRIGE

Université du Maine - Faculté des Sciences

Module CHIM101A : Structure et propriétés des atomes Examen Seconde session (durée : 1H30) CORRIGE

1 - Quel est le numéro atomique du krypton, du titane ? 36Kr, 22Ti

2 - Quels sont les nombres quantiques associés aux électrons de la couche de valence du germanium (Ge), du magnésium ? Ge : [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p²

4 électrons de valence 4s et 4p car la couche 3d est totalement remplie Les électrons p sont dans 2 orbitales avec m différents (-1,0,1), avec des spins de même signe.

Les électrons 2s sont dans la même orbitale avec des spins de signe opposé

Mg : [Ne] 3s² 2 électrons de valence

3 - Quels sont les nombres quantiques caractérisant la forme des orbitales p ?

Quelle est leur forme ? Préciser le nombre d'orbitales atomiques différentes de type p.

n<l, l =1 pour une orbitale p, m=-1,0,1 ( -l ≤ m ≤ l) : il y a donc 3 orbitales atomiques de type p les orbitales p ont une forme d’haltère

4 - Donner les structures électroniques complètes du soufre et de l’indium (In). Quels sont les degrés d’oxydation minimum et maximum de ces éléments ?

S : 1s² 2s² 2p⁶ degrés d’oxydation min –II max +VI

In : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 4s² 3d¹⁰ 5s² 4d¹⁰ 5p1 degrés d’oxydation min 0 max +III

5 - Ecrire la configuration électronique fondamentale de F, F^- , Ne, Al, Na⁺, Ca²⁺. F : 1s² 2s² 2p⁵ → F^- : 1s² 2s² 2p⁶

Ne : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ Al : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹ Na : 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ → Na⁺ : 1s² 2s² 2p⁶

Ca : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶4s² → Ca²⁺ : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ Quelles sont les espèces isoélectroniques ? F^- et Na⁺

6 - Prévoir au sein du tableau périodique, les variations des rayons atomiques et des énergies d’ionisation des éléments.

Justifier vos réponses !

Le rayon atomique diminue dans une période. Les électrons externes des éléments d’une même période sont sur la même couche électronique (même valeur de n). La charge nucléaire vue par ces électrons augmente régulièrement car l’écrantage des électrons de la couche externe est faible. La force d’attraction coulombienne électron-noyau augmentant, les électrons externes sont plus proches du noyau.

Le rayon atomique augmente dans une famille. Dans une période, chaque élément possède une couche électronique de plus que l’élément qui est au dessus de lui (n augmente de 1). Bien que la charge du noyau augmente sensiblement d’un élément au suivant, la charge effective augmente peu car l’écrantage des électrons internes est proche de 1.

L’énergie d’ionisation augmente dans une période. Comme le rayon diminue et la charge effective augmente, la force d’attraction noyau-électron devient plus forte.

L’énergie d’ionisation diminue dans une famille. Comme le rayon augmente et la charge effective reste à peu près constante, la force d’attraction noyau-électron devient plus faible.

? ?

??

3s2 3p²

n=4, l=0 m=0 s=1/2

n=4, l=0 m=0 s=-1/2

n=4, l=1

m=0 s=1/2 n=4, l=1 m=1 s=1/2

? ?

??

3s2 3p²

? ?

↑ ↑

↑↓

3s2 3p²

m=0 s=1/2

m=0 s=-1/2 m=0 s=1/2 m=1 s=1/2

??

5s²

m=0 s=1/2

m=0 s=-1/2

2

-

↑↓

5s

n=3, l=0 m=0 s=1/2

n=3, l=0 m=0 s= 1/2

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7 - Classer les énergies d'ionisation des espèces suivantes par ordre croissant : S, Ar, K, K⁺ Na, S et Ar appartiennent à la même période. Donc Na < S < Ar

K⁺ est isoélectronique de Ar. Z(K) > Z(Ar) donc Ar < K⁺

L’énergie d’ionisation diminue dans une famille quand Z augmente, donc K < Na K < S < Ar < K⁺

8 - Déterminer les nombres d’oxydation des éléments dans les composés suivants:

H2O, LiH, CO2, NO3-

H2+IO^-II, Li^+IH^-I, C^+IVO^-II2, N^+VO^-II3-

9 – Donner le nom ou la formule chimique des composés suivants :

acide phosphorique H3PO4……… CO monoxyde de carbone nitrate de fer II Fe(NO3)2……….…LiOH hydroxyde de lithium

peroxyde d’hydrogène H2O2……… NaHCO3 mono-hydrogénocarbonate de sodium

Table d’électronégativité 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 1.0 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

10 - Le fluorure stanneux, qui intervient comme principe actif dans certaines pâtes dentifrice, contient de l’étain (Sn) et du fluor. L’analyse chimique d’un échantillon de 1,793g contient 1,358g d’étain. Calculer les pourcentages molaires en étain et en fluor et en déduire la formule chimique du fluorure stanneux.

Données : masse molaires (g.mol^-1) F : 19,0 Sn : 118,71

on a 0,01144 mole de Sn, 0,02289 mole de F % Sn = 33,3 mol% ; le fluorure stanneux est SnF2

11 - Les niveaux d’énergie de l’atome d’hydrogène sont donnés par : _n

13,6

E eV

= − n

- Que représente n ? n est le nombre quantique principal qui définit une période

- Calculer la longueur d’onde du rayonnement absorbé par l’hydrogène pour passer de l’état fondamental au niveau n = 4.

état fondamental : n = 1 → n = 4

19 19

4 1 2 2

1 1 h.c

E E E 13,6( ) 1,6 10 J 20, 4 10 J E 97, 4nm

4 1

− −

∆ = − = − − × = × ∆ = ⇒ λ =

λ

données : h = 6.62 10^-34 J.s c = 3 10⁸ m.s^-1 1 eV = 1.6 10^-19 J

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12 - Radioactivité.

Les scanographies (ou tomodensitométries) du rein sont réalisées avec le mercure 203. Si un hôpital achète un échantillon de 0,200 mg de 20380

Hg(NO )

ln 2 46,3

ln(2)

( ) ( ). (0) exp( ) ( ) 0, 2 exp( 182) 0,013

46,3

= =

= = − ⇒ = × × =

avec T jours T

masse t N t M masse t masse t mg

λ

λ

Rappels : N(t) = N(0) . e-λt avec N, le nombre de noyaux radioactifs au temps t et λ la constante radioactive A(t) = λ . N(t) avec A, le nombre de désintégration(s) par unité de temps

T est la période ou 1/2 vie à t=T, N (t=T) = N(0) / 2