Révision structures atomiques et cristallines

TP PSI
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
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I-Objectifs du T.P.
I-Objectifs du T.P
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
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STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
I-Objectifs du T.P.
I-Objectifs du T.P
On cherche à réviser les notions vues en Sup dans le cours de chimie à propos
¤ de la structure des atomes ;
¤ de la structure des molécules
¤ de la structure des cristaux.
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I-Objectifs du T.P.
I-Objectifs du T.P
On cherche à réviser les notions vues en Sup dans le cours de chimie à propos
¤ de la structure des atomes ;
¤ de la structure des molécules
¤ de la structure des cristaux.
Pour mieux visualiser les structures cristallines, on pourra utiliser le logiciel
Cristal.
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I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
I-Objectifs du T.P
II-Exercice I
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I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
Le cuivre est l’élément de numéro atomique Z = 29.
Donner la configuration électronique attendue, d’après les règles de Klechkowski et
de Hund et le principe d’exclusion de Pauli, de l’atome de cuivre dans son état
fondamental.
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I-Objectif
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II-Exercice I
Le cuivre est l’élément de numéro atomique Z = 29.
Donner la configuration électronique attendue, d’après les règles de Klechkowski et
de Hund et le principe d’exclusion de Pauli, de l’atome de cuivre dans son état
fondamental.
Avec Z = 29, la configuration électronique attendue d’après les règles de
Klechkowsky et de Hundt est : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s23d9.
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I-Objectif
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II-Exercice I
En fait, cet atome constitue une exception à la règle de Klechkowski : le niveau 4s
n’est peuplé que d’un électron. Proposer une explication.
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I-Objectif
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II-Exercice I
En fait, cet atome constitue une exception à la règle de Klechkowski : le niveau 4s
n’est peuplé que d’un électron. Proposer une explication.
La configuration électronique réelle est 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1 ce qui assure le
remplissage total de la sous-couche 3d : les sous-couches totalement remplies et celles à
remplies à moitié ont une stabilité particulière.
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I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
Prévoir la configuration électronique des ions Cu+ et Cu2+ dans leur état
fondamental.
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I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
Prévoir la configuration électronique des ions Cu+ et Cu2+ dans leur état
fondamental.
L’ion Cu+ correspond à la perte d’un électron. Le plus facile est celui de la souscouche 4s donc la configuration électronique de Cu+ est : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s0 ;
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I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
Prévoir la configuration électronique des ions Cu+ et Cu2+ dans leur état
fondamental.
L’ion Cu+ correspond à la perte d’un électron. Le plus facile est celui de la souscouche 4s donc la configuration électronique de Cu+ est : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s0 ;
Pour Cu2+, il y a un électron de moins, le plus facile à enlever est dans la sous-couche
3d donc la configuration électronique de Cu2+ est : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d9 4s0.
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I-Objectif
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II-Exercice I
Les énergies de première et de seconde ionisation du cuivre sont respectivement
7,7 eV/at et 20,2 eV/at. Commenter l’écart entre ces valeurs.
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I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
Les énergies de première et de seconde ionisation du cuivre sont respectivement
7,7 eV/at et 20,2 eV/at. Commenter l’écart entre ces valeurs.
L’énergie de deuxième ionisation est beaucoup plus forte (presque le triple) que
celle de première ionisation car la nature de l’électron arraché change : on doit arracher
un électron 3d d’énergie plus basse que l’électron 4s.
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II-Exercice I
Le cuivre est-il un élément de transition ? Justifier la réponse.
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II-Exercice I
Le cuivre est-il un élément de transition ? Justifier la réponse.
Le cuivre est un élément de transition car un de ses ions (Cu2+) a une sous-couche
d incomplète.
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II-Exercice I
Le cuivre cristallise dans le système cubique à faces centrées.
a) Combien une maille contient-elle d’atomes de cuivre ?
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II-Exercice I
Le cuivre cristallise dans le système cubique à faces centrées.
a) Combien une maille contient-elle d’atomes de cuivre ?
Le nombre d’atome appartenant à la maille est 8×1/8 + 6×1/2 = 4 atomes.
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II-Exercice I
Le cuivre cristallise dans le système cubique à faces centrées.
a) Combien une maille contient-elle d’atomes de cuivre ?
b) En utilisant les valeurs du paramètre de maille acu = 361,5 pm et de la masse
molaire atomique MCu = 63,5.10-3 kg.mol-1, déterminer la masse volumique de ce métal.
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II-Exercice I
Le cuivre cristallise dans le système cubique à faces centrées.
a) Combien une maille contient-elle d’atomes de cuivre ?
b) En utilisant les valeurs du paramètre de maille acu = 361,5 pm et de la masse
molaire atomique MCu = 63,5.10-3 kg.mol-1, déterminer la masse volumique de ce métal.
m 4M
On a ρ = =
.
V N a3
A.N. ρ =
4.63,5.10 −3
(
6,023.10 23 361,5.10 −12
)
3
= 8,92×103 kg.m–3.
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II-Exercice I
I-Objectifs du T.P
II-Exercice I
III-Exercice II
III-Exercice II
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II-Exercice I
III-Exercice II
Pour le titane, le nombre atomique est : Z = 22. Donner, sans la justifier, la
configuration électronique du titane dans son état fondamental. À quelle famille
appartient-il ?
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II-Exercice I
III-Exercice II
Pour le titane, le nombre atomique est : Z = 22. Donner, sans la justifier, la
configuration électronique du titane dans son état fondamental. À quelle famille
appartient-il ?
Avec Z = 22, on obtient 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2.
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II-Exercice I
III-Exercice II
Pour le titane, le nombre atomique est : Z = 22. Donner, sans la justifier, la
configuration électronique du titane dans son état fondamental. À quelle famille
appartient-il ?
Avec Z = 22, on obtient 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2.
L’orbitale 3d est incomplète donc le titane appartient à la famille des métaux
de transition.
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II-Exercice I
III-Exercice II
Quels degrés d’oxydation possède-t-il ? Quels sont les plus stables ? Justifier
votre réponse.
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II-Exercice I
III-Exercice II
Quels degrés d’oxydation possède-t-il ? Quels sont les plus stables ? Justifier
votre réponse.
On peut envisager le départ des deux électrons 4s, ce qui donne l’état +II, ou des
électrons 3d et 4s, ce qui donne l’état +IV qui paraît plus stable car la structure
obtenue est celle d’un gaz inerte.
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II-Exercice I
III-Exercice II
Le Titane existe sous deux variétés allotropiques, le Tiα et le Tiβ . Rappeler ce
qu'est une “variété allotropique”.
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II-Exercice I
III-Exercice II
Le Titane existe sous deux variétés allotropiques, le Tiα et le Tiβ . Rappeler ce
qu'est une “variété allotropique”.
Certaines substances peuvent exister sous différents états solides et sous
différentes formes cristallines, appelées formes allotropiques ; elles ont des
propriétés physiques différentes bien qu’il s’agisse de la même substance.
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II-Exercice I
III-Exercice II
Le Tiα , stable à température et pression
ordinaires, cristallise dans le mode d'empilement
hexagonal compact dont la maille est
représentée ci-contre (les points jaunes et rouges
sont des atomes de Tiα .)
Connaissant la valeur d'un côté de
l’hexagone de base, a = 0,295 nm déterminer la
valeur de la hauteur de l'empilement, notée c.
N.B. : les atomes mis en jeu sont considérés
comme des sphères dures.
A
B
c
A
b
a
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II-Exercice I
III-Exercice II
Le Tiα , stable à température et pression
ordinaires, cristallise dans le mode d'empilement
hexagonal compact dont la maille est
représentée ci-contre (les points jaunes et rouges
sont des atomes de Tiα .)
Connaissant la valeur d'un côté de
l’hexagone de base, a = 0,295 nm déterminer la
valeur de la hauteur de l'empilement, notée c.
N.B. : les atomes mis en jeu sont considérés
comme des sphères dures.
2
2 2 a
3
a −  =
On a b =
3
3
2
A
B
c
A
b
a
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II-Exercice I
III-Exercice II
Le Tiα , stable à température et pression
ordinaires, cristallise dans le mode d'empilement
hexagonal compact dont la maille est
représentée ci-contre (les points jaunes et rouges
sont des atomes de Tiα .)
Connaissant la valeur d'un côté de
l’hexagone de base, a = 0,295 nm déterminer la
valeur de la hauteur de l'empilement, notée c.
N.B. : les atomes mis en jeu sont considérés
comme des sphères dures.
2
2 2 a
3
a −  =
puis
On a b =
3
3
2
2
A
B
c
A
b
a
c
2
2
2
=
a
−
b
=
a
−
 
3
2
2
a
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II-Exercice I
III-Exercice II
Le Tiα , stable à température et pression
ordinaires, cristallise dans le mode d'empilement
hexagonal compact dont la maille est
représentée ci-contre (les points jaunes et rouges
sont des atomes de Tiα .)
Connaissant la valeur d'un côté de
l’hexagone de base, a = 0,295 nm déterminer la
valeur de la hauteur de l'empilement, notée c.
N.B. : les atomes mis en jeu sont considérés
comme des sphères dures.
2
2 2 a
3
a −  =
puis
On a b =
3
3
2
d’où c = 2a
2
3
2
A
B
c
A
b
a
c
2
2
2
=
a
−
b
=
a
−
 
3
2
.A.N. c = 2 . 0, 295
2
2
= 0,482 nm.
3
a
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II-Exercice I
III-Exercice II
Calculer le rayon de l'atome de Titane dans cette espèce cristallographique, puis
la compacité C du système.
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II-Exercice I
III-Exercice II
Calculer le rayon de l'atome de Titane dans cette espèce cristallographique, puis
la compacité C du système.
On a r =
a
donc numériquement r = 0,1475 nm.
2
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II-Exercice I
III-Exercice II
Calculer le rayon de l'atome de Titane dans cette espèce cristallographique, puis
la compacité C du système.
a
donc numériquement r = 0,1475 nm.
2
c a a 3
Le volume de la maille représentée est 12 ×  × ×
 .
2
2
2


On a r =
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II-Exercice I
III-Exercice II
Calculer le rayon de l'atome de Titane dans cette espèce cristallographique, puis
la compacité C du système.
a
donc numériquement r = 0,1475 nm.
2
c a a 3
Le volume de la maille représentée est 12 ×  × ×
 .
2
2
2


On a r =
Or il y a 3 + 2×(1/2) + 12×(1/6) = 6 atomes appartenant en propre à cette maille. Le
volume de chacun étant
, la compacité est
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II-Exercice I
III-Exercice II
Calculer le rayon de l'atome de Titane dans cette espèce cristallographique, puis
la compacité C du système.
a
donc numériquement r = 0,1475 nm.
2
c a a 3
Le volume de la maille représentée est 12 ×  × ×
 .
2
2
2


On a r =
Or il y a 3 + 2×(1/2) + 12×(1/6) = 6 atomes appartenant en propre à cette maille. Le
4 a
4
volume de chacun étant πr 3 = π  
3 2
3
3
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II-Exercice I
III-Exercice II
Calculer le rayon de l'atome de Titane dans cette espèce cristallographique, puis
la compacité C du système.
a
donc numériquement r = 0,1475 nm.
2
c a a 3
Le volume de la maille représentée est 12 ×  × ×
 .
2
2
2


On a r =
Or il y a 3 + 2×(1/2) + 12×(1/6) = 6 atomes appartenant en propre à cette maille. Le
3
4 a
6× π 
3
4 a
4
3 2
volume de chacun étant πr 3 = π   , la compacité est C =
3 2
 2a 2 a a 3 
3
12 × 
. .

2
3
2
2


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I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
Calculer le rayon de l'atome de Titane dans cette espèce cristallographique, puis
la compacité C du système.
a
donc numériquement r = 0,1475 nm.
2
c a a 3
Le volume de la maille représentée est 12 ×  × ×
 .
2
2
2


On a r =
Or il y a 3 + 2×(1/2) + 12×(1/6) = 6 atomes appartenant en propre à cette maille. Le
3
4 a
6× π 
3
4 a
4
3 2
volume de chacun étant πr 3 = π   , la compacité est C =
3 2
 2a 2 a a 3 
3
12 × 
. .

2
3
2
2


=
π
3 2
A.N. C = 0,740.
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
Calculer aussi la masse volumique de Tia.. Commenter ce dernier résultat et
justifier l’utilisation du titane dans l’aéronautique par exemple.
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STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
Calculer aussi la masse volumique de Tia.. Commenter ce dernier résultat et
justifier l’utilisation du titane dans l’aéronautique par exemple.
La masse de chaque atome étant M ( Ti ) , la masse volumique du titane α sera
NA
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I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
Calculer aussi la masse volumique de Tia.. Commenter ce dernier résultat et
justifier l’utilisation du titane dans l’aéronautique par exemple.
La masse de chaque atome étant M ( Ti ) , la masse volumique du titane α sera
NA
6×
µ ( Ti ) =
M ( Ti )
NA
 2a 2 a a 3 
12 × 
. .

2
3
2
2


= 2×
M ( Ti )
NA .a 3
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I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
Calculer aussi la masse volumique de Tia.. Commenter ce dernier résultat et
justifier l’utilisation du titane dans l’aéronautique par exemple.
La masse de chaque atome étant M ( Ti ) , la masse volumique du titane α sera
NA
6×
µ ( Ti ) =
M ( Ti )
NA
 2a 2 a a 3 
12 × 
. .

2
3
2
2


= 2×
M ( Ti )
NA .a 3
47,90 ×10−3 .
A.N. µ ( Ti ) = 2 ×
= 4,38×
×103 kg.m–3.
23
−9 3
6, 023 ×10 .(0, 295 × 10 )
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I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
Calculer aussi la masse volumique de Tia.. Commenter ce dernier résultat et
justifier l’utilisation du titane dans l’aéronautique par exemple.
La masse de chaque atome étant M ( Ti ) , la masse volumique du titane α sera
NA
6×
µ ( Ti ) =
M ( Ti )
NA
 2a 2 a a 3 
12 × 
. .

2
3
2
2


= 2×
M ( Ti )
NA .a 3
47,90 ×10−3 .
A.N. µ ( Ti ) = 2 ×
= 4,38×
×103 kg.m–3.
23
−9 3
6, 023 ×10 .(0, 295 × 10 )
La masse volumique du fer est de l’ordre de 7,8×103 kg.m–3, celle de l’aluminium
2,7×103 kg.m–3 donc le titane est un métal relativement peu dense, ce qui justifie son
utilisation dans le domaine du transport.
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
I-Objectifs du T.P
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
III-Exercice II
IV-Exercice III
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
Le silicium issu de l’étape de réduction contient infiniment peu d’impuretés
hormis celles qu’on a choisi de lui ajouter pour le doper “ n ” ou “ p ” (arsenic,
bore, phosphore). Il n’est pas tenu compte de ces ajouts dans la suite. Un procédé
de fusion-solidification très lente le transforme en lingots monocristallins. Ce
silicium monocristallin est décrit par un système cubique à faces centrées dans
lequel la moitié des sites tétraédriques contient un atome de silicium (structure
type diamant). La figure présente une vue en perspective de la maille du silicium.
Le paramètre de maille a (longueur de l’arête de la maille) est égal à 543,07 pm.
Vue en perspective de la maille
cubique du silicium. Les atomes noirs
occupent les sommets de la maille, les
atomes gris les centres des faces, les
atomes
blancs
les
lacunes
tétraédriques, comme mentionné dans
le texte.
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
Dans ce matériau monocristallin, on tronçonne puis on polit “miroir” des
tranches fines (diamètre 15 cm, épaisseur 0,5 mm) de deux types :
¤ Tranches [100] : surface des tranches contenant les atomes d’une des
faces de la maille cristalline c.f c. du silicium,
¤ Tranches [ 1 1 1 ] : surface des tranches contenant les atomes de
coordonnées (x = a, y = a, z = a) de la maille (a est le paramètre de la maille
cubique).
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
En utilisant des cercles pour représenter les atomes de silicium, schématiser
l’arrangement atomique à deux dimensions du plan atomique de la surface de
chacune de ces tranches. Seuls les atomes dont les centres sont contenus dans le
plan de surface seront représentés. On veillera à ce que ressorte expressément
l’environnement d’un atome de silicium par ses plus proches voisins de ce plan.
Calculer la distance entre les centres de deux atomes en contact.
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
En utilisant des cercles pour représenter les atomes de silicium, schématiser
l’arrangement atomique à deux dimensions du plan atomique de la surface de
chacune de ces tranches. Seuls les atomes dont les centres sont contenus dans le
plan de surface seront représentés. On veillera à ce que ressorte expressément
l’environnement d’un atome de silicium par ses plus proches voisins de ce plan.
Calculer la distance entre les centres de deux atomes en contact.
Un plan [100] est dessiné ci-contre :
d
a
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I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
En utilisant des cercles pour représenter les atomes de silicium, schématiser
l’arrangement atomique à deux dimensions du plan atomique de la surface de
chacune de ces tranches. Seuls les atomes dont les centres sont contenus dans le
plan de surface seront représentés. On veillera à ce que ressorte expressément
l’environnement d’un atome de silicium par ses plus proches voisins de ce plan.
Calculer la distance entre les centres de deux atomes en contact.
Un plan [100] est dessiné ci-contre :
La distance entre 2 atomes plus proches voisins dans le plan [100] est
d =a
2
.
2
d
a
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I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
En utilisant des cercles pour représenter les atomes de silicium, schématiser
l’arrangement atomique à deux dimensions du plan atomique de la surface de
chacune de ces tranches. Seuls les atomes dont les centres sont contenus dans le
plan de surface seront représentés. On veillera à ce que ressorte expressément
l’environnement d’un atome de silicium par ses plus proches voisins de ce plan.
Calculer la distance entre les centres de deux atomes en contact.
Un plan [100] est dessiné ci-contre :
La distance entre 2 atomes plus proches voisins dans le plan [100] est
d =a
d
a
2
.
2
Un plan [111] passe par trois sommets du cube et trois centres de
faces contigües ; il est dessiné ci-contre :
d
a
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I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
En utilisant des cercles pour représenter les atomes de silicium, schématiser
l’arrangement atomique à deux dimensions du plan atomique de la surface de
chacune de ces tranches. Seuls les atomes dont les centres sont contenus dans le
plan de surface seront représentés. On veillera à ce que ressorte expressément
l’environnement d’un atome de silicium par ses plus proches voisins de ce plan.
Calculer la distance entre les centres de deux atomes en contact.
d
Un plan [100] est dessiné ci-contre :
La distance entre 2 atomes plus proches voisins dans le plan [100] est
d =a
a
2
.
2
Un plan [111] passe par trois sommets du cube et trois centres de
faces contigües ; il est dessiné ci-contre :
2
La distance entre deux atomes est encore d = a .
d
a
2
a
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I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
Calculer la densité atomique (atomes Si×cm-2) de chacun de ces plans.
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STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
Calculer la densité atomique (atomes Si×cm-2) de chacun de ces plans.
Dans le plan [100], on a 1 + 4×(1/4) = 2 atomes pour une surface
a2
d
a
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I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
Calculer la densité atomique (atomes Si×cm-2) de chacun de ces plans.
Dans le plan [100], on a 1 + 4×(1/4) = 2 atomes pour une surface
a2 soit numériquement une densité n100 = 2/(543,07.10-12)2
= 6,78×
×1018 atomes.m–2.
d
a
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
Calculer la densité atomique (atomes Si×cm-2) de chacun de ces plans.
Dans le plan [100], on a 1 + 4×(1/4) = 2 atomes pour une surface
a2 soit numériquement une densité n100 = 2/(543,07.10-12)2
= 6,78×
×1018 atomes.m–2.
Dans le plan [111], on a 3×(1/6) + 3×(1/2) = 2 atomes pour une
3
2
3× 2
surface a × a
= a2
.
2
2
4
d
a
d
a
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
Calculer la densité atomique (atomes Si×cm-2) de chacun de ces plans.
Dans le plan [100], on a 1 + 4×(1/4) = 2 atomes pour une surface
a2 soit numériquement une densité n100 = 2/(543,07.10-12)2
= 6,78×
×1018 atomes.m–2.
Dans le plan [111], on a 3×(1/6) + 3×(1/2) = 2 atomes pour une
3
2
3× 2
surface a × a
= a2
.
2
2
4
soit numériquement une densité : n111 = 2/(543,07.10-12)2× 4 / 6
= 11,07×
×1018 atomes.m–2.
d
a
d
a
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
I-Objectifs du T.P
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
III-Exercice II
IV-Exercice III
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de
numéro atomique 16.
Donner la structure électronique de l’atome de soufre dans l’état fondamental.
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de
numéro atomique 16.
Donner la structure électronique de l’atome de soufre dans l’état fondamental.
Avec Z = 16, la structure électronique de l’atome de soufre dans son état
fondamental est 1s22s22p63s23p4.
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
On considère les espèces suivantes : SO3, SOCl2, SO42–, l’atome de soufre est l’atome
central. On donne Z(O) = 8 et Z(Cl) = 17.
Proposer une structure électronique de Lewis pour chacune de ces trois espèces.
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
On considère les espèces suivantes : SO3, SOCl2, SO42–, l’atome de soufre est l’atome
central. On donne Z(O) = 8 et Z(Cl) = 17.
Proposer une structure électronique de Lewis pour chacune de ces trois espèces.
Il y a 6 électrons de valence pour le soufre, que l’on peut représenter S TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
On considère les espèces suivantes : SO3, SOCl2, SO42–, l’atome de soufre est l’atome
central. On donne Z(O) = 8 et Z(Cl) = 17.
Proposer une structure électronique de Lewis pour chacune de ces trois espèces.
Il y a 6 électrons de valence pour le soufre, que l’on peut représenter S La structure de O (Z = 8) est 1s22s22p4 et celle de Cl (Z = 17) 1s22s22p63s23p5. Leur
schéma de Lewis est donc O et Cl
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
On considère les espèces suivantes : SO3, SOCl2, SO42–, l’atome de soufre est l’atome
central. On donne Z(O) = 8 et Z(Cl) = 17.
Proposer une structure électronique de Lewis pour chacune de ces trois espèces.
Il y a 6 électrons de valence pour le soufre, que l’on peut représenter S La structure de O (Z = 8) est 1s22s22p4 et celle de Cl (Z = 17) 1s22s22p63s23p5. Leur
schéma de Lewis est donc O et Cl
La molécule a donc 24 électrons de valence, soit 12 doublets. SOCl2 en a 26, soit 13
doublets et SO42– en a 32 soit 16 doublets.
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
On considère les espèces suivantes : SO3, SOCl2, SO42–, l’atome de soufre est l’atome
central. On donne Z(O) = 8 et Z(Cl) = 17.
Proposer une structure électronique de Lewis pour chacune de ces trois espèces.
Il y a 6 électrons de valence pour le soufre, que l’on peut représenter S La structure de O (Z = 8) est 1s22s22p4 et celle de Cl (Z = 17) 1s22s22p63s23p5. Leur
schéma de Lewis est donc O et Cl
La molécule a donc 24 électrons de valence, soit 12 doublets. SOCl2 en a 26, soit 13
doublets et SO42– en a 32 soit 16 doublets.
Les structures de Lewis envisageables pour les espèces proposées sont les suivantes :
O
Cl
S
O
O
O
S
Cl
O
O S
O
O
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
Représenter leur géométrie d’après la méthode VSEPR.
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
Représenter leur géométrie d’après la méthode VSEPR.
SO3 peut s’écrire AX3 : la molécule est plane est les angles entre les liaisons font
120° :
O S O
O
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
Représenter leur géométrie d’après la méthode VSEPR.
SO3 peut s’écrire AX3 : la molécule est plane est les angles entre les liaisons font
120° :
O S O
O
SOCl2 peut s’écrire AX3E à cause du doublet libre sur S. La structure est pyramidale
avec des angles voisins de 109° :
S
Cl
O
Cl
TP PSI
I-Objectif
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II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
Représenter leur géométrie d’après la méthode VSEPR.
SO3 peut s’écrire AX3 : la molécule est plane est les angles entre les liaisons font
120° :
O S O
O
SOCl2 peut s’écrire AX3E à cause du doublet libre sur S. La structure est pyramidale
avec des angles voisins de 109° :
S
Cl
O
Cl
SO42– peut d’écrire AX4. Elle est tétraédrique avec des angles de 109° :
O
S
O
O
O
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
Le principal minerai de zinc est le sulfure de zinc ZnS de type blende. La blende,
appelée aussi sphalérite, est la variété allotropique du sulfure de zinc qui cristallise dans le
système cubique.
Dans le cristal de blende ZnS, les ions Zn2+ et S2– jouent des rôles symétriques. On
peut ainsi décrire la maille de ce cristal comme constituée d’un réseau cubique à faces
centrées d’ions S2– avec occupation de la moitié des sites tétraédriques par les ions Zn2+.
TP PSI
I-Objectif
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II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
Dessiner la maille conventionnelle et donner la coordinence des ions Zn2+ et S2–.
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
Dessiner la maille conventionnelle et donner la coordinence des ions Zn2+ et S2–.
La maille conventionnelle de la blende est la suivante :
S2–
Zn2+
a
TP PSI
I-Objectif
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II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
Dessiner la maille conventionnelle et donner la coordinence des ions Zn2+ et S2–.
La maille conventionnelle de la blende est la suivante :
S2–
Zn2+
a
Il y a 4 ions S2– plus proches voisins d’un ion Zn2+ et réciproquement. La coordinence
des ions est donc [4, 4].
TP PSI
I-Objectif
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II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
Donner la formule littérale de la masse volumique r de la blende en fonction du
paramètre a de la maille, de la constante d’Avogadro NA et des masses molaires du zinc
M(Zn) et du soufre M(S).
TP PSI
I-Objectif
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II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
Donner la formule littérale de la masse volumique r de la blende en fonction du
paramètre a de la maille, de la constante d’Avogadro NA et des masses molaires du zinc
M(Zn) et du soufre M(S).
4  M ( Zn ) + M ( S ) 
ρ
=
On assimile les masses des ions à celles des atomes. On a alors
N A a3
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
Calculer la plus petite distance entre les ions Zn2+ et S2- dans la structure blende en
fonction du paramètre a de la maille. La comparer aux rayons ioniques donnés et
interpréter ce résultat.
TP PSI
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
I-Objectif
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
Calculer la plus petite distance entre les ions Zn2+ et S2- dans la structure blende en
fonction du paramètre a de la maille. La comparer aux rayons ioniques donnés et
interpréter ce résultat.
Les ions S2– et Zn2+ sont en contact le long de la diagonale d’un petit cube de côté
a/2 soit rS + rZn
2−
2+
1 a
=
3
2  2 
2
d’où rS + rZn =
2−
2+
a 3
.
4
TP PSI
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STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
Calculer la plus petite distance entre les ions Zn2+ et S2- dans la structure blende en
fonction du paramètre a de la maille. La comparer aux rayons ioniques donnés et
interpréter ce résultat.
Les ions S2– et Zn2+ sont en contact le long de la diagonale d’un petit cube de côté
2
a 3
1 a
.
a/2 soit rS2− + rZn 2+ = 3   d’où rS2− + rZn 2+ =
4
2 2
(540) 3
A.N. rS2− + rZn 2+ =
= 234 pm.
4 2
TP PSI
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II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
Calculer la plus petite distance entre les ions Zn2+ et S2- dans la structure blende en
fonction du paramètre a de la maille. La comparer aux rayons ioniques donnés et
interpréter ce résultat.
Les ions S2– et Zn2+ sont en contact le long de la diagonale d’un petit cube de côté
2
a 3
1 a
.
a/2 soit rS2− + rZn 2+ = 3   d’où rS2− + rZn 2+ =
4
2 2
(540) 3
A.N. rS2− + rZn 2+ =
= 234 pm.
4 2
Les rayons ioniques données dans l’énoncé conduisent à rS + rZn = 258 pm.
2−
2+
TP PSI
I-Objectif
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II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
Calculer la plus petite distance entre les ions Zn2+ et S2- dans la structure blende en
fonction du paramètre a de la maille. La comparer aux rayons ioniques donnés et
interpréter ce résultat.
Les ions S2– et Zn2+ sont en contact le long de la diagonale d’un petit cube de côté
2
a 3
1 a
.
a/2 soit rS2− + rZn 2+ = 3   d’où rS2− + rZn 2+ =
4
2 2
(540) 3
A.N. rS2− + rZn 2+ =
= 234 pm.
4 2
Les rayons ioniques données dans l’énoncé conduisent à rS + rZn = 258 pm.
2−
2+
Cette valeur est supérieure à celle trouvée ci-dessus. Le modèle purement ionique
n’est pas correct et l’on peut supposer que, dans ce cristal, les liaisons sont légèrement
covalente, ce qui diminue leur longueur.
TP PSI
I-Objectif
STRUCTURES ATOMIQUES ET CRISTALLINES
II-Exercice I
III-Exercice II
IV-Exercice III
V-Exercice IV
C’est tout pour aujourd’hui
R & Q prod