TD χ4 : structure électronique des atomes

Lycée G. Monod, MPSI, Physique-Chimie 30 novembre 2016
TD χ4 : structure électronique des atomes
1 Nombres quantiques
Parmi les quadruplets de nombres quantiques (n,l,ml,ms)ci—dessous,
quels sont ceux qui peuvent et ceux qui ne peuvent pas décrire l’état d’un
électron dans un atome ? Pour les quadruplets valides, indiquer le symbole
de l’orbitale atomique correspondante.
(2,2,1,+1/2) ; (3,-1,1,-1/2) ; (3,2,2,+1/2) ; (4,0,-1,+1/2) ; (4,3,-2,+1/2) ;
(5,2,0,0) ; (8,4,-4,+1/2).
2 L’élément phosphore
(a) La masse molaire du phosphore P (Z = 15) est M=30,97 g ·mol−1. Sa-
chant qu’il n’existe qu’un unique isotope connu du phosphore, en dé-
duire la composition du noyau (nombre de protons, nombre de neu-
trons) de cet isotope.
(b) Donner la configuration électronique à l’état fondamental du phosphore.
Préciser quels sont les électrons de cœur et les électrons de valence.
(c) En déduire la position du phosphore dans la classification périodique
(numéro de ligne, numéro de colonne).
(d) Dans un rectangle de 6 lignes ×18 colonnes, schématiser la classification
périodique des éléments en faisant apparaître les trois blocs principaux.
On ne fera pas figurer le bloc f. Placer le phosphore dans ce tableau pé-
riodique.
(e) Déterminer combien un atome de phosphore possède d’électrons céliba-
taires.
3 Configurations électroniques d’ions
(a) Donner la configuration électronique du cobalt 28Co dans son état fon-
damental. En déduire la configuration électronique des ions cobalt (II) et
cobalt (III).
(b) Écrire la configuration électronique des ions 12Mg3+et 23V3+. Lequel de
ces deux ions ne sera pas rencontré en pratique ?
(c) Ecrire la configuration électronique des ions 8O2−,12Mg2+,17Cl−,19K+,
20Ca2+, et35Br−. Qu’ont ces ions en commun ?
4 Propriétés chimiques du calcium
Le calcium Ca a pour numéro atomique Z = 20.
(a) Donner la configuration électronique du calcium à l’état fondamental,
puis déterminer la position de cet élément dans le tableau périodique.
À quelle famille d’éléments appartient le calcium ? Le calcium est-il un
métal ou un non-métal ?
(b) Expliquer pourquoi on rencontre fréquemment le calcium au degré
d’oxydation +II, et jamais à un degré d’oxydation supérieur.
(c) Écrire l’équation chimique de la réaction du calcium avec l’eau. Préciser
quelle espèce chimique joue le rôle d’oxydant et le rôle de réducteur.
(d) Quelle est la formule prévisible de l’oxyde de calcium obtenu par ré-
action du calcium avec le dioxygène ? Écrire l’équation chimique de la
réaction, et préciser quelle espèce chimique joue le rôle d’oxydant et le
rôle de réducteur.
(e) En déduire pourquoi le calcium ne se rencontre pas à l’état de corps
simple dans la nature.
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