Université de Droit, d'Économie et des Sciences d'Aix-Marseille
Structure de la matière Année universitaire 2003-2004

Exercices 9 à 18

STRUCTURE DE L'ATOME

Exercice 10 La classification périodique.

a) Énoncer les règles et principes qui en permettent l'établissement.

PAULI : pricipe d'exclusion : Deux éléctrons d'un même atome ne peuvent pas avoir leurs quatre nombre quantiques tous identiques.

Règle de HUND : L'état éléctronique fondamental correspond à un maximum de spins parallèles.

Règle de Klechkowski : règles de n et n+l croissant

b) Dresser un tableau donnant les valeurs des nombres quantiques de n = 1 à 3.

c) Caractériser le type d'orbitale atomique pour chaque combinaison des nombres quantiques, et
en donner une représentation spatiale pour les états n = 1 et 2.

L'orbitale s : http://chimge.unil.ch/Fr/lc/1LC18.htm

Les orbitales p : http://chimge.unil.ch/Fr/lc/1LC19.htm

Les orbitalles d : http://chimge.unil.ch/Fr/lc/1LC20.htm

d) Justifier l'inversion énergétique 3d - 4s.

l'orbitale 4 s a une énergie plus faible que celle des orbitales 3 d.
3d : n + l = 5
4s : n + l = 4

Exercice 11

Retrouver les numéros atomiques des gaz rares qui limitent les périodes.

Exercice 12

Combien d'électrons peut contenir la 3ème couche? Combien d'éléments comporte la 3ème période? Pour quelle valeur de Z la 3ème couche sera-t-elle entièrement remplie?

La 3 ème couche peut conenir 18 électrons. La 3ème periode comporte 8 éléments.

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰
Z = 30

Exercice 13

Donner la configuration électronique des atomes et ions suivants: ₁H ; ₂He ; ₈O ; ₁₆S ; ₁₂Mg; ₁₅P; ₁₇Cl ; ₂₄Cr ; ₂₅Mn ; ₅₀Sn ; ₂₆Fe; ₂₉Cu ; ₁₃Al ; ₉₂U et O ^2- ; S^{2 -}; F ^- ; Mg²⁺ ; Al³⁺ ; Fe²⁺ ; Fe³⁺.

₁H : 1s¹

₂He : 1s²

₈O : 1s² 2s² 2p⁴

₁₆S : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴ ( 3ème periode 6 ème colonne)

₁₂Mg : 1s² 2s² 2p⁶ 3s²

₁₅P : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³

₁₇Cl : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵

₂₄Cr : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁴

₂₅Mn : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁵

₅₀Sn : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p²

₂₆Fe : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶

₂₉Cu : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁹

₁₃Al : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹

₉₂U : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶ 7s² 5f⁴

O ^2- : 1s² 2s² 2p⁶

S2 ^- : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

F ^- : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁷

Mg²⁺ : 1s² 2s² 2p⁶

Al³⁺ : 1s² 2s² 2p⁶

Fe²⁺ : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ (fer ferreux)

Fe³⁺ : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ (fer ferrique) plus stable

Exercice 14

a) Calculer la charge nucléaire efficace :
       i) pour un électron 4s, puis 3d de Cu (Z = 29)

Z* = Z - δ

Z*_4s = 29 - (18 . 0.85)+10) = 3,7
Z*_3d = 29 - (9. 0.35 +8 + 10)= 7,85

        ii) pour un électron 4p de Se (Z = 34).

Z*_4p = 34 - (5 . 0,35 + 18 . 0,85 + 8 + 2 ) = 6,95

b) Calculer l'énergie des orbitales 4s, puis 3d de K (Z = 19). Conclure.

Z*_4s = 19 - (8 . 0.85)+10) = 2,2

Z*_3d = 19 -18 = 1

E_n = (Z*² / n*² ) E₁

E_4s = 4,84 / 9 E₁

E_3d = 4,84 / 9 E₁

E_3d > E_4s

Exercice 16

Définir l'énergie de première ionisation, puis justifier que :

a) dans une même période elle soit fonction croissante de Z
b) dans une même colonne elle soit fonction décroissante de Z.

Energie necessaire pour arracher un électron.
Elle diminue quand on s'éloigne du noyau. Les électrons sont plus facile à arracher.

Dans une même période l'effet d'écran est constant. Les électrons ont tendance à effet constant à être attiré par le noyau. Le rayon diminue et l'énergie augmente.

Exercice 17

a) Quelle est la configuration électronique du magnésium dans l'état fondamental ?

Mg        Z = 12
1s² 2s² 2p⁶ 3s²

b) Déterminer la charge nucléaire efficace puis l'énergie de chaque électron.

Z*_3s = 12 - (0,.35 + 8 . 0,85 + 2) = 2,85

Z*_2p = 12 - (7 .0,35 + 2.0,85) = 7,85

Z*_1s = 12 - 0,30= 11,70

E_3s = (2,85² / 9) E₁ = -12,27 eV

E_2p = (7,85² / 4) E₁ = -209,51 eV

E_1s = 11,70² E₁ = -1861,7 eV

c) Évaluer l' énergie totale d'un atome de magnésium et d'un ion Mg⁺.

Mg → Mg⁺ + e
Z*_3s = 12 - ( 8 . 0,85 + 2) = 3,2
E_3s = (3,2² / 9) E₁ = -15,47 eV
E_TMg = 2 E_1s + 8 E_2s2p + 2 E_3s = - 5422,02 eV

E_TMg = 2 E_1s + 8 E_2s2p + E_3s = - 5414,95 eV

d) En déduire la valeur de l'énergie de première ionisation du magnésium.

E_i = E_Mg+ - E_Mg = 9,07 eV

Exercice 18

Commenter l'évolution des valeurs des paramètres suivants :

^* AE : affinité électronique : X_g + e^- → Xg^-

r_ionique même couche rayon diminue

AE augmente sauf Mg anomalie (doublet 3s particulièrement stable)