sujet 13

Attention, orbitales de Slater hors programme actuellement en MPSI.
La molécule de chlorure d'hydrogène
Données :
Les numéros atomiques de Cl et de H sont respectivement 17 et 1.
Leurs coefficients d'électronégativité dans l'échelle de Pauling sont 3,2 et 2,2.
Le moment dipolaire de la molécule HCl a une norme µ = 1,07 D. (1 D = 10–29/3 C.m–1).
La longueur de liaison dans HCl est de 128 pm.
Le rayon covalent de Cl est de 99 pm.
Le rayon de Bohr est a0 = 52,9 pm.
La charge élémentaire est e = 1,60.10–19 C.
Les constantes d'écran de Slater  j/i sont données par le tableau suivant :
i
1s 0,30 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
2s 0,85 0,35 0,35 0,00 0,00 0,00
2p 0,85 0,35 0,35 0,00 0,00 0,00
3s 1,00 0,85 0,85 0,35 0,35 0,00
3p 1,00 0,85 0,85 0,35 0,35 0,00
3d 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,35
1s 2s 2p 3s 3p 3d
j
1.1) Donner la configuration électronique de H et de Cl dans leur état fondamental
1.2) En déduire les valences possibles pour Cl.
1.3) Donner la formule de Lewis de HCl.
1.4) En utilisant la V.S.E.P.R., donner un ordre de grandeur, pour la molécule HCl, des angles entre les
axes des orbitales de deux paires d'électrons non liantes, puis entre les axes de la paire liante et d'une paire
non liante. (Dans chaque cas on choisira parmi les valeurs : 90°, 95°, 100°, 103°, 107°, 109,5°, 112°,
115°, 118° et 120°).
2.1) Quel est le rayon covalent de H ?
2.2) Quel est le rayon atomique, défini comme étant le rayon de l'orbitale de Slater pour un électron de
la dernière sous-couche, pour chaque atome isolé H, puis Cl ?
3.1) Quelle est l'orientation (direction et sens) du vecteur moment dipolaire de la molécule HCl ?
Les paires d'électrons non liantes renforcent-elles cette polarité ou l'atténuent-elles ?
3.2) Quelle serait la norme µ' du moment dipolaire de la molécule HCl si la liaison entre les deux
atomes était purement ionique ?
3.3) En négligeant une éventuelle contribution des doublets non liants à la polarité de la molécule, quel
est le pourcentage ionique de la liaison dans HCl
4.1) Quelles est (avec e pour unité) la charge électrique de chaque noyau atomique dans HCl ?
4.2) Sur un axe Ox, orienté du noyau de Cl vers le noyau de H, avec celui de Cl pour origine, calculer
l'abscisse du barycentre P des protons de la molécule HCl .
4.3) Soit N le barycentre des charges des électrons de la molécule. Calculer la distance NP et l'abscisse
de N.
4.4) On ne tient plus compte maintenant des charges des électrons des couches internes de Cl ni de
celles des protons qui les compensent, (leurs barycentres coïncident avec le noyau de Cl car les électrons
des couches internes ont des probabilités à symétrie sphérique, à peine modifiées par la formation de la
molécule).
Calculer les abscisses des barycentres P' et N' correspondant respectivement aux autres protons et
aux autres électrons de la molécule HCl.