Travaux dirigés de Chimie n° 3

TD C3 Chimie 2012/13

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Travaux dirigés de Chimie n° 3

Exercice 1 : Structure cubique faces centrées :

1) Donner le nombre d’atome contenu dans une maille ainsi que la coordinence.

2) Préciser la relation entre le rayon r d’un atome et la longueur a d’une arête du cube.

3) Calculer la compacité de cette structure (rapport entre le volume occupé par les atomes et celui occupé par la maille).

Exercice 2 : Structures cubique centrée et cubique simple:

1) Donner le nombre d’atome contenu dans une maille cubique centrée ainsi que la coordinence.

2) Préciser la relation entre le rayon r d’un atome et la longueur a d’une arête du cube.

3) Calculer la compacité de cette structure.

4) Reprendre les questions précédentes pour la structure cubique simple.

Exercice 3 : Oxyde de sodium

Cet oxyde cristallise sous la forme d'un réseau cubique faces centrées en ce qui concernent les ions oxygène. Les ions sodium occupent la totalité des sites tétraédriques.

1. Quel est le nombre d'ions oxygène par maille ? 2. Quel est le nombre d'ions sodium par maille ? 3. Donner la formule chimique de ce composé.

4. Quelles sont les charges des ions oxygène et sodium ?

Exercice 4 : Cuprite et cristobalite

1. Analyser le contenu des mailles de la cuprite (a) et de la cristobalite (b).

2. Préciser les formules de ces deux composés

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Exercice 5 : Fluorine

La figure ci-dessous donne deux représentations de la structure cubique de la fluorine.

1. En fonction des positions des éléments calcium (Z=20) et fluor (Z=9) dans la classification périodique, proposer une formule pour la fluorine, composé ionique binaire.

2. Donner le nombre d’atomes de chaque espèce par maille dans chacune des structures. En déduire la formule chimique de la fluorine.

Exercice 6 : Structure d’un composé ternaire Li

In

O

1. Déterminer les valeurs de x, y et z.

2. Repérer la place des éléments lithium et oxygène dans la classification périodique et en déduire la formule de leurs ions.

3. Préciser la formule de l’ion indium.

Exercice 7 : Structure du carbure de calcium.

Les « lampes à acétylène » (éthyne : _H −C≡C−H) des mineurs fonctionnaient avec du carbure de calcium, composé ionique, dont la structure est représentée ci-contre.

1. Déterminer le nombre de calcium et de groupement C2

dans la maille.

2. Indiquer le motif et son nombre Z par maille.

3. Repérer la place du calcium dans la classification périodique et en déduire l’ion correspondant.

4. Donner la formule de l’anion « carbure » et préciser sa structure de Lewis.

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Exercice 8: Formules des oxydes Y

Ba

Cu

O

Les oxydes de type « YBaCuO » sont couramment utilisés en recherche pour leurs propriétés supraconductrices.

A partir des représentations des mailles et de leur contenus, déterminer la formule chimique des deux composés ci-dessous.

Exercice 9 : Structure d’un fluorure K

Ni

F

La famille d’un composé ionique contenant des ions potassium, nickel et fluorure est représentée ci- contre.

1. Décompter les ions de chaque espèce que contient cette maille et vérifier sa neutralité électronique.

2. En déduire le nombre Z de motifs et la formule chimique du composé.

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Exercice 10: Variétés allotropiques du fer.

Sous une pression de 1 bar, le fer existe sous différentes formes cristallographiques qui dépendent de la température.

Fer_α(c.c.)=Fer_γ(c.f.c) à 910°C.

1. Etude du fer α.

Le cristal parfait de fer α est décrit par un réseau cubique centré.

a. Quelle est la coordinence des atomes de fer ?

b. Indiquer, à l’aide d’un schéma, quels sont les atomes de fer qui sont en contact avec un autre voisin.

c. Quelle est la relation liant le rayon d’un atome de Fer r_α et le coté a de la maille cubique centrée ?

d. Quelle est la masse volumique ρ_α du fer à 910°C ? Données : r_α=126pm à 910°C ; M(Fe)=55,85g/mol

2. Etude du fer γ.

Le cristal parfait de fer γ est décrit par un réseau cubique face centrée.

a. Quelle est la coordinence des atomes de fer ?

b. Indiquer, à l’aide d’un schéma, quels sont les atomes de fer qui sont en contact avec un autre voisin.

c. Quelle est la relation liant le rayon d’un atome de Fer r_γ et le coté a’ de la maille cubique centrée ?

d. Quelle est la masse volumique ρ_γ du fer à T>910°C ? Commenter.

Données : a’=365pm.

Exercice 11 : Etude d’un alliage cuivre-or

La maille cubique à faces centrées dans laquelle cristallise un alliage cuivre-or est représentée ci-après.

La tangence des atomes a lieu suivant les diagonales des faces du parallélépipède.

1. Quelles sont les valeurs de a, b, c en fonction de rCu et rAu ?

2. Quels sont les nombres d’atomes de cuivre et d’or dans la maille ?

3. Quelle est la fraction massique de l’or dans cet alliage ? On exprimera cette fraction en carats. (Un carat est la quantité d’or contenue dans un alliage, exprimée en vingt-quatrièmes de la masse totale)

4. Quelle est la masse volumique de cet alliage ?

Données : rCu=128pm ; rAu=147pm ; M(Cu)=63,55g/mol ; M(Au)=196,97g/mol.