TD n°1

TD A2
Structure et classification des éléments
chimiques
I.
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CAPACITES EXIGIBLES
Utiliser un vocabulaire précis : élément, atome, corps simple, espèce chimique, entité chimique.
Déterminer la longueur d’onde d’une radiation émise ou absorbée à partir de la valeur de la transition
énergétique mise en jeu, et inversement.
Établir un diagramme qualitatif des niveaux d’énergie électroniques d'un atome donné.
Établir la configuration électronique d’un atome dans son état fondamental (la connaissance des
exceptions à la règle de Klechkowski n’est pas exigible).
Déterminer le nombre d’électrons non appariés d’un atome dans son état fondamental.
Prévoir la formule des ions monoatomiques d’un élément.
Relier la position d’un élément dans le tableau périodique à la configuration électronique et au nombre
d’électrons de valence de l’atome correspondant.
Positionner dans le tableau périodique et reconnaître les métaux et non métaux.
Situer dans le tableau les familles suivantes : métaux alcalins, halogènes et gaz nobles.
Citer les éléments des périodes 1 à 2 de la classification et de la colonne des halogènes (nom, symbole,
numéro atomique).
Mettre en oeuvre des expériences illustrant le caractère oxydant ou réducteur de certains corps
simples.
Élaborer ou mettre en oeuvre un protocole permettant de montrer qualitativement l’évolution
du caractère oxydant dans une colonne.
Relier le caractère oxydant ou réducteur d’un corps simple à l’électronégativité de l’élément.
Comparer l’électronégativité de deux éléments selon leur position dans le tableau périodique.
II.
MISE EN APPLICATION
Exercice n° 1 : Transitions électroniques
Dans le cas de l’atome d’hydrogène, calculer :
1) L’énergie d’excitation nécessaire pour passer de l’état fondamental à l’état n = 3, et la
longueur d’onde de l’onde à utiliser pour effectuer une telle ionisation de manière
photochimique ;
2) L’énergie nécessaire pour ioniser l’atome dans l’état excité n = 3 ;
3) La fréquence de l’onde émise quand l’atome passe de l’état excité n = 3 à l’état n = 2.
4) Un atome d’hydrogène est excité à l’état n = 4. Quelle est son énergie ? Déterminer les
longueurs d’onde du ou des photons susceptibles d’être émis lors du retour à l’état
fondamental.
Exercice n° 2 : Interprétation de quadruplets de nombres quantiques
Voici quelques quadruplets définissant l’état d’un électron dans un atome :
(5,0,0,1/2) ; (2,1,2,-1/2) ; (2,2,2,1/2) ; (3,-1,1,-1/2) ; (4,1,-1,-1/2) ; (4,2,2,1) ;
(5,2,2,-1/2) ; (7,3,-2,0) ; (8,1,-1,1/2) ; (8,4,0,-1/2).
1) Préciser à quoi correspondent chacun des 4 chiffres composant un quadruplet.
2) Parmi ces quadruplets, quels ceux qui sont impossibles ? Pourquoi ?
3) Préciser les symboles des niveaux d’énergie correspondant aux quadruplets possibles.
4) Un électron occupe un niveau d’énergie 5f. Combien de quadruplets peuvent décrire
l’état de cet électron ?
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Exercice n° 3 : Commentaires de configurations pour le carbone
Commenter les configurations électroniques suivantes de l’atome de carbone (Z=6).
Exercice n° 4 : Remplissage des cases quantiques et magnétisme
Donner la configuration électronique à l’état fondamental des atomes suivants et préciser la
répartition des électrons dans leur dernière sous-couche :
a) un atome d’europium dans son état fondamental (Z=63)
b) un atome de technétium dans son état fondamental (Z=43)
c) un atome de holmium dans son état fondamental (Z=67)
d) un atome d’iridium dans son état fondamental (Z=77).
Puis préciser quels sont les électrons de valence et le spin total correspondant à cette
configuration. Quels sont les atomes qui sont diamagnétiques dans leur état fondamental ?
Exercice n° 5 : Configurations électroniques d’ions
Déterminer la configuration électronique des ions suivants dans leur état fondamental :
3+
S 2  (Z = 16) ; Na  (Z = 11) ; Au (Z = 79).
Exercice n° 6 : Place dans la classification
On considère les atomes étudiés aux exercices 5 et 6 (Eu, Tc, Ho, Ir, S, Na, Au). A partir de
leur configuration électronique à l’état fondamental, trouver leur place dans la classification.
Si possible, nommer la famille à laquelle ils appartiennent.
Exercice n° 7 : Numéro atomique et position dans la classification
Quel est le numéro atomique du plomb Pb, élément se trouvant dans la même colonne que le
carbone et dans la 6ème période ?
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Exercice n° 8 : Evolution de l’énergie d’ionisation
Classer par ordre d’énergie d’ionisation croissante :
a) 11Na, 11Na+, 8O et 10Ne
b) 18Ar, 19K, 19K+, 20Ca et 20Ca2+.
Exercice n° 9 : Evolution de l’électronégativité
Classer par ordre d’électronégativité croissante :
a. 12Mg, 20Ca, 38Sr et 56Ba.
b. 9F, 13Al et 8O.
Exercice n° 10 : Rayons atomiques et ioniques
1) Effectuer les différentes comparaisons possibles des rayons ioniques de Be 2+, Se2-, F-, Mg2+
et K+.
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