Atomistique
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PACES – UE1 2010-2011 -1- Atomistique Exercice n°1 Compléter le tableau suivant avec les valeurs correspondant à l’unité indiquée : longueur d'onde Fréquence nombre d'onde 5000 Å Hz cm-1 m 103,7 MHz m-1 -1 -1 nm s 1870 cm Données : c = 3.108 m.s-1 h = 6,62.10-34 J.s e = 1,6.10-19 C énergie eV J eV Exercice n°2 Sachant que le potentiel d'ionisation de l'atome d'hydrogène, dans son état fondamental, est égal à 13,6V, calculer les énergies des niveaux n = 2, 3 et 4. Exercice n°3 Calculer la longueur d'onde de la première et de la dernière raie des séries de Lyman, Balmer et Paschen du spectre de l'atome d'hydrogène. Dans quel domaine du spectre se situent-elles ? Donnée : RH = 1,1.105 cm-1 Exercice n°4 Le spectre de l'hydrogène présente une raie à 0,485 μm. En déduire la transition électronique qui l'a produite. Donnée : RH = 1,1.105 cm-1 Exercice n°5 Un électron et un proton infiniment éloignés l'un de l'autre sont rapprochés jusqu'à obtention d'un atome dans son état fondamental. a) Écrire la réaction. Cette réaction est-elle exo- ou endothermique ? b) L'énergie correspondante a pour valeur 21,78.10-19 J. Exprimer cette énergie en eV et calculer le nombre d’onde en cm-1. c) A quelle transition peut-on attribuer cette variation d'énergie dans le spectre d'émission de l'atome d’hydrogène ? d) L'atome formé est soumis à l'action d'un photon dont l'énergie correspond à 99% de l'énergie précédente. - Calculer la fréquence, le nombre d'onde et la longueur d'onde de ce photon. - Dans quel domaine spectral se situe la radiation correspondante ? - On suppose que cette énergie donne lieu à une transition permise, l'électron de l'atome hydrogène se trouve alors caractérisé par le nombre quantique n = i. Déterminer i. Données : h = 6,62.10-34 J.s e = 1,6.10-19 C RH = 1,1.107 m-1 c = 3.108 m.s-1 Exercice n°6 On considère des éléments des quatre premières périodes de la classification périodique. Chaque élément est désigné par une lettre majuscule ne présentant aucun rapport avec le symbole chimique de l'élément considéré. A l'aide des propositions suivantes, situer dans le tableau ci-dessous les éléments décrits dans l'état fondamental en utilisant la lettre majuscule les désignant dans chacune de ces propositions : A est un gaz rare et appartient à la troisième période. B appartient à la deuxième période et est un alcalino-terreux. C est un halogène possédant 28 électrons de cœur (électrons non situés sur la couche périphérique). D possède 6 électrons appariés dont le nombre quantique secondaire est 2. Exercice n°7 Combien d'électrons peuvent être caractérisés par les nombres quantiques suivants, sous réserve que les données soient compatibles ? a. n = 2 , l = 1 , s = + ½ b. n = 3 , l = 3 , m = 2 c. n = 3 , s = + ½ d. n = 3 , m = 0 PACES – UE1 -2- 2010-2011 Exercice n°8 Écrire les configurations électroniques des éléments possédant 1 seul électron célibataire dont le numéro atomique est inférieur à 36. Situer ces éléments dans le tableau périodique des éléments. Les classer en métaux et non métaux. Exercice n°9 Parmi les configurations électroniques suivantes, indiquer celles qui correspondent à un état excité et celles qui sont impossibles. a) 1s2 2s1 2p1 b) K L 3s2 3p2 3d2 c) 1s2 2p6 3s3 1 3 2 6 2 d) K L M 4s 4p e) 1s 2p 2d Exercice n°10 Un élément a moins de 18 électrons et possède deux électrons célibataires. - Quelles sont les configurations électroniques possibles de cet élément ? - Quel est cet élément sachant qu'il appartient à la période du lithium et à la famille de l’étain ? Exercice n°11 Le numéro atomique de l'étain est égal à 50. a) Donner sa configuration électronique à l’état fondamental. b) Fait-il partie des métaux de transition ? c) Sachant qu'il perd ses électrons par paires, et que la sous-couche 4d n'est pas concernée, quels sont les degrés d'oxydation possibles de cet élément ? Exercice n°12 Expliquer les variations relatives des énergies de 1ère ionisation pour les éléments des deux premières périodes. Z élément période ΔionH (kJ.mol-1) 1 H 1 1312 2 He 1 2372 3 Li 2 520 4 Be 2 899 5 B 2 800 6 C 2 1086 7 N 2 1402 8 O 2 1314 9 F 2 1678 10 Ne 2 2084 Pour vous entraîner Quelle est la plus courte longueur d'onde observable dans la série de Pfund (atome d’hydrogène) qui correspond au retour de l'électron sur la couche caractérisée par le nombre quantique principal n = 5 ? Calculer l'énergie correspondante en eV. Données : RH = 1,1.107 m-1 h = 6,62.10-34 J.s c = 3.108 m.s-1 e = 1,6.10-19 C Réponses : λ = 2273 nm ΔE = 0,546 eV Calculer en eV les valeurs des niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène correspondant à n = 2, 3, 4 et 5, sachant que l'énergie du niveau occupé par l'électron dans l'état fondamental est de -1311 kJ.mol-1. En déduire la valeur de l'énergie d'ionisation de l'atome d'hydrogène quand l'électron se trouve sur le niveau n = 3. Déterminer de deux façons la fréquence et la longueur d'onde de la radiation correspondant au passage de l'électron du niveau n = 4 au niveau n = 2 ? A quel domaine spectral appartient cette longueur d'onde ? Données : RH = 1,1.107 m-1 c = 3.108 m.s-1 e = 1,6.10-19 C N = 6,02.1023 mol-1 h = 6,62.10-34 J.s -1 Réponses : (en kJ.mol ) Ei : -328 ; -146 ; -81,9 ; -52,4 EI(3) : 146 λ = 485 nm, visible ; ν = 6,19.1014 s-1 Donner les configurations électroniques à l’état fondamental des éléments de numéros atomiques suivants: Z = 14, 21, 24, 25, 27, 29, 39, 40, 41. Indiquer le groupe et la période de ces éléments et les nommer. Parmi tous les électrons de l’élément de Z = 27, combien sont caractérisés par une valeur du nombre quantique l = 1 à l’état fondamental ? Réponse : 12 e Identifier les éléments dont les configurations électroniques sont les suivantes : b) 1s2 2s2 2p5 c) 1s2 2s2 2p6 3s1 a) 1s2 2s2 2p2 2 4 2 2 d) K L 3s 3p e) K L M 4s 4p f) K L M 4s2 4p6 5s2 réponses : a) C b) F c) Na d) S e) Ge f) Sr
