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UNIVERSITE DE LORRAINE
FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES
DIPLOME : LPC (L1PC-S1)
Epreuve de : Atomistique et Liaisons Chimiques
Session de : novembre 2016
Nom du coordinateur : G. Monard
SUJET D’EXAMEN
Dur´ ee du sujet : 1h30
Calculette autoris´ ee
Documents non autoris´ es
Q1. Donnez le nombre d’´ electrons de valence et de cœur des atomes de carbone (C) et d’azote
(N)
D’apr` es le tableau p´ eriodique, le carbone est en 4` eme colonne et l’azote en 5` eme.
Donc C a 4 ´ electrons de cœur, N en a 5.
Q2. Soit les mol´ ecules CH4, NH3, CH3OH, CH2O et CHONH2. Pour chacune de ces mol´ ecules :
a) Etablissez un sch´ ema de Lewis respectant la r` egle de l’octet
CH
H
H
H
N HH
H
C
H
H
H
OH
HC
H
O
HC
O
N
H
H
b) Etablissez la g´ eom´ etrie autour des atomes de carbone et d’azote (l’un, l’autre ou les
deux s’il y a lieu) en utilisant le mod` ele VSEPR (type AXnEm, figure de r´ epulsion, forme de la
mol´ ecule et angles id´ eaux entre les liaisons).
1

Mol´ ecule AXnEmNom Figure
CH4AX4E0t´ etra´ edrique C
H
HH
H
109.5
NH3AX3E1t´ etra` edrique N
HH
H
109.5°
CH3OH AX4E0t´ etra´ edrique C
OH
HH
H
109.5
CH2O AX3E0triangulaire C
H
H O
120°
CHONH2C : AX2E0triangulaire C
H
O N
120°
N : AX3E1t´ etra` edrique N
HC
H
109.5°
c) En d´ eduire les hybridations respectives des atomes de carbone et d’azote (justifiez).
2

On applique la relation entre VSEPR et les hybridations :
Mol´ ecule AXnEmHydridation
CH4AX4E0sp3
NH3AX3E1sp3
CH3OH AX4E0sp3
CH2O AX3E0sp2
CHONH2C : AX2E0sp2
N : AX3E1sp3
d) Etablissez le tableau r´ ecapitulatif des orbitales mol´ eculaires (σ,π, non-liantes, π∗,σ∗)
qui compose la mol´ ecule en y indiquant les orbitales mol´ eculaires qui sont occup´ ees.
Rappel : paire libre = OM non liantes
liaison simple = 2OM : σ+σ∗
liaison double = 4OM : σ,σ∗,π,π∗
liaison triple = 6OM : σ,σ∗,π,π∗et π,π∗orthogonales aux 2 π/π∗pr´ ec´ edentes
Pensez ´ egalement ` a v´ erifier que le nombre d’OM que vous trouvez doit ˆ etre ´ egale au nombre
d’orbitales atomiques de valence de d´ epart. . .
Mol´ ecule σ π non-liantes π∗σ∗
CH44 (C-H) 4 (C-H)
NH33 (N-H) 1(N) 3 (N-H)
CH3OH 3 (C-H) + 1 (C-O) 2(O) 3 (C-H) + 1 (C-O)
+ 1 (O-H) + 1 (O-H)
CH2O 2 (C-H) + 1 (C-O) 1 (C-O) 2 (O) 1 (C-O) 2 (C-H) + 1 (C-O)
CHONH21 (C-H) + 1 (C-O) 1 (C-O) 2 (O) + 1 (N) 1 (C-O) 1 (C-H) + 1 (C-O)
+ 1 (C-N) + 2 (N-H) + 1 (C-N) + 2 (N-H)
Q3. Etablissez l’ensemble des formes m´ esom` eres respectant la r` egle de l’octet de la mol´ ecule
SiO2−
3
Si
O
O
OSi
O
O O Si
O O
O
3

Q4. Les ´ el´ ements Nickel (Ni), Palladium (Pd) et Platine (Pt) sont situ´ es sur la mˆ eme colonne
du tableau p´ eriodique, et pourtant, ils ne poss` edent pas les mˆ emes structures ´ electroniques de
valence.
a) Ecrivez la configuration ´ electronique compl` ete ` a l’´ etat fondamental de l’´ el´ ement Nickel
sachant que celui-ci respecte les r` egles de remplissage vu en cours.
Ni, Z=28 : 1s22s22p63s23p64s23d8
b) Ecrivez la configuration ´ electronique compl` ete ` a l’´ etat fondamental de l’´ el´ ement Palladium
sachant que celui-ci ne respecte pas les r` egles de remplissage pour sa couche de valence : le
Palladium ne poss` ede pas d’´ electron dans sa couche 5s.
Pd, Z=46 : 1s22s22p63s23p64s23d104p65s04d10
c) Ecrivez la configuration ´ electronique compl` ete ` a l’´ etat fondamental de l’´ el´ ement Platine
sachant que celui-ci ne respecte pas compl` etement les r` egles de remplissage : le Platine ne
poss` ede qu’un ´ electron dans sa couche sde valence.
Pt, Z=78 : 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s14f145d9
d) En justifiant votre r´ eponse, indiquez pour ces trois ´ el´ ements s’ils sont paramagn´ etiques
ou diamagn´ etiques.
Rappel : un atome est diamagn´ etique si tous ses spins +1
2(↑) sont compens´
es par des spins −1
2
(↓), c’est-` a-dire si la somme des spins des ´ electrons vaut 0, sinon il est paramagn´ etique.
— Ni : la couche 3d8vaut ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑
3ddonc Ni est paramagn´
etique
— Pd : la couche 4d10 vaut ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
4ddont Pd est diamagn´
etique
— Pt : les couches 6s1et 5d9valent : ↑
6s
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
5ddont Pt est paramagn´
etique
Q5. Sachant que la mol´ ecule KCl poss` ede un moment dipolaire exp´ erimental de 10,269 D et
que la distance KCl vaut 2,667 ˚ A :
a) Quel est le sens du vecteur moment dipolaire dans la mol´ ecules KCl ? (justifiez votre
r´ eponse)
Le vecteur moment dipolaire va de l’atome de plus ´ electron´ egatif l’atome le moins ´ electron´ egatif.
χ(K)<χ(Cl)
donc ←−−−−
K−Cl
b) quel serait son moment dipolaire, en Debye, si la liaison dans cette mol´ ecule ´ etait
purement ionique ?
4

µion[D] =q.d=1[e] ∗2,667[ ˚ A] ∗1,6.10−19[C][e]−1∗10−10[m][ ˚
A]−1
3,33.10−30[C][m][D]−1=12,814[D]
c) Calculez le pourcentage d’ionicit´ e de cette liaison.
%ionicit´
e=µexp
µion
=10,269
12,814 =80,1%
Q6. En utilisant le mod` ele Slater rappel´ e en Annexe du sujet :
a) Calculez les ´ energies, en eV, des orbitales atomiques de l’atome de N´ eon (ε1set ε2s,2p).
Il faut tout d’abord connaˆ ıtre la configuration ´ electronique du N´ eon : 1s22s22p6.
On applique le mod` ele de Slater : les ´ electrons 2s22p6sont consid´ er´ es comme faisant partir
d’une mˆ eme couche.
— 1s: 2 ´ electrons. Si on consid` ere un ´ electron 1s, il est ´ ecrant´ e par 1 ´ electron 1s. Les 2set
2pne participent pas ` a l’´ ecrantage d’un ´ electron 1s.
Donc :
σ(1s) = 0,30
Z∗(1s) = 10 −0,30 =9,70
ε1s(Ne) = −13,69,72
12=−1279.6eV
— 2s2p: 8 ´ electrons. Si on consid` ere un ´ electron 2s2p, il est ´ ecrant´ e par 7 ´ electrons 2s2p
et 2 ´ electrons 1s.
Donc :
σ(2s2p) = 7×0,35 +2×0,85 =4,15
Z∗(2s2p) = 10 −4,15 =5,85
ε2s2p(Ne) = −13,65,852
22=−116,4eV
b) En d´ eduire l’´ energie ´ electronique d’un atome de N´ eon.
L’´ energie d’un atome est ´ egale ` a la somme des ´ energies de ses ´ electrons. D’o` u :
E(Ne) = 2×ε1s+8×ε2s2p=−3490,1eV
c) Sachant que l’´ energie ´ electronique d’un ion Ne+vaut -3474,1 eV selon le mod` ele de
Slater, calculez le potentiel d’ionisation du N´ eon.
Ionisation d’un atome de N´ eon :
5