Page I

CHAPITRE 5
STRUCTURE DE L’ATOME ET PÉRIODICITÉ
QUESTIONS
15. La longueur des différents blocs d’éléments dans le tableau périodique est déterminée par le
nombre d’électrons qui peuvent occuper les orbitales spécifiques.
Dans le bloc s, on a 1 orbitale (ℓ = 0, mℓ = 0) qui peut contenir deux électrons ; la longueur
du bloc s est de deux éléments. Pour le bloc f, il y a 7 orbitales f dégénérées (ℓ = 3, mℓ = -3,
-2, -1, 0, 1, 2, 3), de sorte que le bloc f est constitué de 14 éléments. Le bloc g correspond à
ℓ = 4. Le nombre d’orbitales g dégénérées est de 9. Cela est dû aux 9 valeurs possibles de
mℓ quand ℓ = 4 (mℓ = -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4). Avec 9 orbitales, chacune contenant deux
électrons, le bloc g comporterait 18 éléments. Pour le bloc h, ℓ = 5, mℓ = -5, -4, -3, -2, -1, 0,
1, 2, 3, 4, 5. Avec 11 orbitales h dégénérées, le bloc h comporterait 22 éléments.
16. Si on ajoute un électron à une sous-couche déjà à demi remplie, il y a augmentation de la
répulsion entre les électrons parce qu’une orbitale devient en « occupation double ».
17. Les électrons de valence sont fortement attirés par le noyau des éléments qui ont des
énergies d’ionisation élevées. On s’attend à ce que ces espèces acceptent facilement un
autre électron et possèdent ainsi des affinités électroniques très exothermiques. Les gaz
rares forment une exception ; ils ont des I élevées, mais des affinités électroniques
endothermiques. Les gaz rares présentent un arrangement stable de leurs électrons. L’ajout
d’un électron détruit cet arrangement stable, ce qui cause des affinités électroniques non
favorables.
18. Les répulsions interélectroniques deviennent de plus en plus importantes à mesure qu’on
essaie d’ajouter des électrons à un atome. Du point de vue des répulsions entre les
électrons, les atomes les plus gros auraient des affinités électroniques plus favorables (plus
exothermiques). En ne prenant en considération que les attractions du noyau pour les
électrons, on s’attendrait à ce que les atomes les plus petits possèdent des affinités
électroniques plus favorables (plus exothermiques). Ces tendances sont exactement
l’opposé l’une de l’autre. Par conséquent, la variation globale de l’affinité électronique
n’est pas aussi élevée que celle de l’énergie d’ionisation pour laquelle les attractions des
électrons par le noyau dominent.
19. Pour l’hydrogène, à n égal les orbitales ont la même énergie. Pour les atomes et ions poly-
électroniques, l’énergie des orbitales est en plus fonction de ℓ. Comme il y a davantage de
niveaux d’énergie, les transitions des électrons sont plus nombreuses et il en résulte des
spectres de ligne plus complexes.
20. Chaque élément a un spectre caractéristique. Ainsi, la présence de lignes spectrales
spécifiques à un élément confirme sa présence dans un échantillon.
21. Oui, le maximum d’électrons célibataires d’une configuration donnée correspond à un
minimum de répulsions électron-électron.
© 2007 Les Éditions CEC inc. Toute reproduction interdite

Chapitre 5 Structure de l’atome et périodicité
114
22. L’électron ne fait plus partie de l’atome ; l’atome est ionisé : H+.
23. L’énergie d’ionisation concerne le retrait d’un électron d’un atome isolé en phase gazeuse
alors que le travail d’extraction concerne le retrait d’un électron d’un atome lié à ses voisins
dans un solide.
24. Les ions Li+ étant les plus petits des métaux alcalins, ils attirent plus fortement les
molécules d’eau.
EXERCICES
Matière et lumière
25. 4,5 × 1014 s–1.
26. 99,5 MHz = 99,5 × 106 Hz = 99,5 × 106 s–1 ; λ = 8
6-1
2,998 × m/s
10
99,5 × 10 s
c
=
ν
= 3,01 m
27. 3,0 × 1010 s–1, 2,0 × 10–23 J/photon, 12 J/mol.
28. La longueur d’onde est la distance qui sépare deux crêtes consécutives. L’onde α présente 4
longueurs d’onde et l’onde β, 8 longueurs d’onde.
Onde α : λ = 4m101,6 3−
× = 4,0 × m
4
10−
Onde β : λ = 8m101,6 3−
× = 2,0 × m
4
10−
L’onde α possède la plus grande longueur d’onde. La fréquence et l’énergie des photons
sont inversement proportionnelles à la longueur d’onde ; par conséquent, l’onde β a la plus
haute fréquence et l’énergie des photons la plus élevée parce que sa longueur d’onde est
plus courte.
ν = 8
4
3,00 10 m/s
2,0 10 m
c
λ
−
×
=×= 1,5 × 1012
1
s−
E = 34 8
4
6,63 10 J s 3.00 10 m/s
2,0 10 m
hc
λ
−
−
×⋅××
=×= 9,9 × J
22
10−
Les deux ondes constituent des exemples de radiations électromagnétiques, donc les deux
se déplacent à la même vitesse, c, la vitesse de la lumière. D’après la figure 5.2 du manuel,
ces deux ondes représentent des radiations électromagnétiques infrarouges.
© 2007 Les Éditions CEC inc. Toute reproduction interdite

Chapitre 5 Structure de l’atome et périodicité
115
29. 2,12 × 10–10 m : rayons X. 107,1 MHz : ondes radio MF. 3,97 × 10–19 J/photon : lumière
visible (verte). Énergie des photons : ondes radio MF < lumière visible (verte) < rayons X.
Fréquence : ondes radio MF < lumière visible (verte) < rayons X.
30. Ephoton = 34 8
9
6,626 10 J s 1,998 10 m/s
1m
150 nm 110nm
hc
λ
−
×⋅××
=
××
= 1,32 × J
18
10−
1,98 × 105 J × photonCatome1
J101,32photon1
18 ×
×− = 1,50 × 1023 atomes C
31. a) 5,6 × 10–6 m ; b) Infrarouge ; c) 4,0 × 10–20 J/photon ; 2,4 × 104 J/mol ;
d) moins énergétique.
32. L’énergie requise pour arracher un électron :
électrons
10
6,022 mol molkJ 279,7
23
×
× = 4,645 × 10–22 kJ = 4,646 × 10–19 J/électron
λ = hc/E
λ = 6,626 × 10–34 J⋅s × 2,9979 × 108 19
m 1 109 nm
s 4,646 J
10−
×
×× = 428 nm
33. a) 2,6 × 10–5 nm ; b) 9,8 × 10–26 nm.
34. a) _34
27 8
6,626 J s
10
= = 1,675 kg (0,0100 2,998 m/s)
10 10
h
mv
λ
−
×⋅
×××× = 1,32 × 10–13 m
b) λ = h
mv , v = m
h
λ
= 34
12 27
6,626 J s
10
75 m 1,675 kg
10 10
−
−
×⋅
×××
−
= 5,3 × 103 m/s
35. λ = ,
hh
m
mv
λ
ν
= = 34
15 8
6,63 10 J s
1,5 10 m (0,90 3,00 10 m/s)
−
−
×⋅
×××× = 1,6 × 10–27 kg ;
probablement un proton ou un neutron.
© 2007 Les Éditions CEC inc. Toute reproduction interdite

Chapitre 5 Structure de l’atome et périodicité
116
Atome d’hydrogène : le modèle de Bohr
36. Pour l’atome d’hydrogène (Z = 1) : En = –2,178 × 10–18 J/n2 ; pour une transition spectrale,
ΔE = Ef – Ei :
ΔE = –2,178 × 10–18 J 22
fi
11
nn
⎛⎞
−
⎜⎟
⎝⎠
où ni et nf sont les niveaux initial et final. Une valeur positive de ΔE correspond à une
absorption d’énergie et une valeur négative, à une émission de lumière.
a) ΔE = –2,178 × 10–18 J ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛−3
1
2
1
2
2 = –2,178 × 10–18 J ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛−9
1
4
1
ΔE = –2,178 × 10–18 J × (0,2500 – 0,1111) = –3,025 × 10–19 J
⏐ΔE⏐ = Ephoton = hv =
λ
hc ou λ = hc
E
Δ
= 8
34
-9
6,6261 J s 2,9979 10 m/s
10
3,025 × 10 J
−
−
×⋅× ×
= 6,567 × 10–7 m = 656,7 nm
b) ΔE = –2,178 × 10–18 J ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛−4
1
2
1
22 = – 4,084 × 10–19 J
-34 8
19
6,6261 × 10 J s 2,9979 10 m/s
4,084 10 J
hc
= =
E
λ
−
⋅× ×
Δ×
= 4,864 × 10–7 m = 486,4 nm
c) ΔE = –2,178 × 10–18 J ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛−2
1
1
1
22 = –1,634 × 10–18 J
34 8
18
6,6261 10 J s 2,9979 10 m/s
= 1,634 10 J
λ
−
−
×⋅× ×
× = 1,216 × 10–7 m = 121,6 nm
37. Voir la figure 5.8.
38. ΔE = -2,178 × J
18
10−⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛−22
11
if nn = -2,178 J
18
10−⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛−22 1
1
5
1 = 2,091 × J
18
10−
= Ephoton
© 2007 Les Éditions CEC inc. Toute reproduction interdite

Chapitre 5 Structure de l’atome et périodicité
117
hc
=
E
λ
= 34 8
18
6,6261 10 J s 2,9979 10 m/s
2,091 10 J
−
−
×⋅× ×
× = 9,500 × m = 95,00 nm
8
10−
Comme la longueur d’onde et l’énergie sont inversement proportionnelles, la lumière
visible (λ ≈ 400 - 700 nm) n’est pas suffisamment énergétique pour exciter un électron de
l’hydrogène de n = 1 à n = 5.
ΔE = -2,178 × J
18
10−⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛−22 2
1
6
1= 4,840 × J
19
10−
hc
=
E
λ
= 34 8
18
6,6261 10 J s 2,9979 10 m/s
4,840 10 J
−
−
×⋅× ×
× = 4,104 × m = 410,4 nm
7
10−
La lumière visible de longueur λ = 410,4 nm excite un électron du niveau d’énergie n = 2 au
niveau n = 6.
39. a) Faux ; il faut moins d’énergie pour ioniser un électron n = 3 qu’un électron n = 1 ;
b) vrai ;
c) faux ; la ΔE pour n = 3 → n = 2 est plus faible que la ΔE pour n = 3 → n = 1, donc la
longueur d’onde pour n = 3 → n = 2 sera plus longue ;
d) vrai ;
e) faux ; le premier état excité est n = 2.
40. L’énergie de la lumière nécessaire est égale à la différence entre le niveau final et le niveau
initial d’énergie. L’énergie du niveau final est 0 puisqu’on arrache complètement l’électron.
Transition ni = 1 → nf = ∞ où E∞ = 0.
ΔE = – E1 = –E1 = 2,178 × 10–18 E∞⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
1
1
2 = 2,178 × 10–18 J = Ephoton
-34 8
-18
6,6261 10 J s 2,9979 10 m/s
= = 2,178 10 J
hc
E
λ
×⋅× ×
× = 9,120 × 10–8 m = 91,20 nm
Ionisation à partir de n = 2, ΔE = E∞ – E2 = –E2 = 2,178 × 10–18 ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
2
1
2 = 5,445 × 10–19 J
34 8
19
6,6261 10 J s 2,9979 × 10 m/s
= 5,445 10 J
λ
−
−
×⋅×
× = 3,648 × 10–7 m = 364,8 nm
© 2007 Les Éditions CEC inc. Toute reproduction interdite