c S.Boukaddid TD n˚23 sup TSI Atomistique Exercice n˚1 : Masse

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Atomistique
Exercice n˚1 :Masse molaire-Isotopes du plomb
Le plomb a pour num´ero atomique Z= 82. Il existe sous plusieurs formes isotopiques
dont les plus abondantes sont les isotopes 204,206,207 et 208.
1. D´efinir le mot isotope. Que signifie l’isotope 206 ?
2. Donner la composition des divers isotopes cit´es.
3. Sachant que l’abondance naturelle du plomb 204,206,207,208 est respectivement
1,4%,24,1%,22,1% et 52,4% en d´eduire une valeur approch´ee de la masse mo-
laire de l’´el´ement naturel.
4. En toute rigueur,on donne les masses atomiques de chaque isotope :
203,973; 205,974; 206,976; 207,977 g.mol−1. Calculer la masse molaire de l’´el´ement
naturel.
Exercice n˚2 :Spectre d’´emission de l’atome d’hydrog`ene
Le spectre d’´emission de l’atome d’hydrog`ene est un spectre discontinu constitu´e de
s´eries de raies . Chaque s´erie est constitu´ee par les raies d’´emission correspondant
aux diff´erentes d´esexcitations possibles vers un niveau d’´energie donn´e . Les niveaux
d’´energie de l’atome d’hydrog`ene d´ependent du nombre quantique principale n:
En=−13,6
n2(eV )
1. ` A quel ´etat de l’atome correspond le niveau n→ ∞ ?
2. La s´erie de Balmer correspond aux d´esexcitations vers le niveau n= 2 . Quelles
sont les raies de cette s´erie qui appartiennent au domaine visible ? D´eterminer
leur longuer d’onde dans le vide .
3. La raie d’´emission ayant la plus petite longueur d’onde dans le vide est ap-
pel´ee raie limite . ` A quelle d´esexcitation correspond-elle dans la s´erie de Bal-
mer ? D´eterminer sa longueur d’onde dans le vide . ` A quel domaine des ondes
´electromagn´etiques appartient - elle ?
Exercice n˚3 :Niveaux d’´energie d’un hydrog`eno¨ıde
Pour l’ion 4Be3+ de type hydrog`eno¨ıde (un seul ´electron),les niveaux d’´energie ´electroniques
v´erifient : En=−13,6Z2
n2(eV )
1. Calculer l’´energie d’ionisation de cet ion suppos´e dans l’´etat fondamental
2. Calculer l’´energie n´ecessaire pour exciter l’ion du niveau n= 1 au niveau n= 3
3. Calculer les longueurs d’onde des radiations ´emises par cet ion lors de son retour
de l’´etat excit´e n= 3 `a son ´etat fondamental. Ces radiations sont-elles situ´ees
dans le visible ?
Exercice n˚4 :Nombres quantiques-Configuration ´electronique
1. Un quadruplet (n, l, ml, ms) caract´erise l’´etat d’un ´electron. Donner le nom et le
sens physique de chacun de ces nombres quantiques.
2. On propose les quatres nombres dans un ordre al´eatoire 2,1
2,4,−1. Identifier
chaque nombre quantique en justifiant votre r´eponse. Quel est le nom de l’A.O
associ´ee.
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3. Le s´el´enium Se appartient `a la p´eriode du potassium (19K) et la famille de
l’oxyg`ene (8O). D´eduire sa configuration ´electronique et son num´ero atomique.
4. Le zirconium Zr(Z= 40) est un m´etal de transition. Que signifie ce terme ?Ecrire
sa configuration ´electronique
5. Le zirconium donne ais´ement les ions Zr2+, Zr4+. Pourquoi ?Donner leur confi-
guration ´electronique respective.
Exercice n˚5 :Ionisation du mercure
Le num´ero atomique du mercure est Z= 80.
1. (a) Quelle est la structure ´electronique du mercure ?Combien d’´electrons de va-
lence poss`ede-t-il ?
(b) D´efinir l’´energie de premi`ere ionisation d’un ´element,en sp´ecifiant les ´etats
physiques des ´esp`eces mises en jeu. L’or (Au) a pour num´ero atomique
Z= 79. Quel ´el´ement de l’or ou de mercure poss`ede la plus forte ´energie de
premi`ere ionisation ?Qu’en est-il de l’´energie de deuxi`eme ionisation ?Justifier
les r´eponses.
2. La mol´ecule de Chlorure mercurique a pour formule HgCl2:
(a) Justifier cette association
(b) Quelle est la structure ´electronique de l’ion Hg2+ ?
(c) Quelle serait la structure ´electronique d’un ´eventuel ion Hg+` A quelle struc-
ture externe d’atome simple est-elle analogue ?D´eduire de cette analogie une
justification rapide de la dim´erisation de l’ion mercureux en Hg2+
2.
Exercice n ˚6 :Etat excit´e 3d
On consid`ere l’atome d’hydrog`ene dans l’´etat excit´e 3d .
1. Quelles sont les transitions d’´emission possibles ?les repr´esenter sur un sch´ema .
2. Calculer les longueurs d’onde des photons correspondant `a ces transitions .
3. Quelle est l’´energie d’ionisation de l’atome d’hydrog`ene dans cet ´etat excit´e (en
ev et KJ.mol−1)
Exercice n ˚7 :Electrons de coeur et de valence
1. Etablir les configurations ´electroniques de Br(z= 35) et de Br−. Ecrire ces
configurations en utilisant les configurations de Ar(z= 18) et Kr(z= 36).
2. Quels sont les ´electrons de coeur et les ´electrons de valence de ces deux ´edifices
monoatomiques ?
Exercice n ˚8 :De la configuration `a la classification
1. Etablir la configuration ´electronique,dans leur ´etat fondamental des atomes sui-
vantes : Si(z= 14); Mn(z= 25); Rb(z= 37); Hg(z= 80)
2. En d´eduire leur position dans la classification p´eriodique .
Exercice n ˚9 :De la classification `a la configuration
1. Le soufre appartient `a la troisi`eme p´eriode et `a la seizi`eme colonne . En d´eduire
la configuration ´electronique de cet atome dans leur l’´etat fondamental
2. Le cobalt appartient `a la quatri`eme p´eriode et `a la neuvi`eme colonne . En d´eduire
la configuration ´electronique de cet atome dans leur ´etat fondamental
3. L’antimoine appartient `a la cinqui`eme p´eriode et `a la quinzi`eme colonne . En
d´eduire la configuration ´electronique de cet atome dans leur ´etat fondamental
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Exercice n˚10 :Les halog`enes
H F Cl Br I
Z 1 9 17 35 53
E.I(eV ) 13,6 17,4 13,0 11,8 10,5
E.A(eV ) 0,8 3,5 3,5 3,4 3
E.I : ´energie d’ionisation ; E.A : affinit´e ´electronique
1. (a) Quel est le num´ero de la colonne des halog`enes ?
(b) Donner la configuration ´electronique de l’atome de de brome dans son ´etat
fondamental. Mˆeme question pour l’ion bromure.
(c) Les atomes halog`enes sont-ils fortement ´el´ectron´egatifs ?D´eduire une cons´equence
directe de ce ph´enom`ene
2. (a) Comment ´evoluent les rayons atomiques au sein de cette famille ?Justifier
simplement.
(b) Donner la d´efinition de l’´energie d’ionisation d’un atome. Proposer une jus-
tification simple `a l’´evolution observ´ee des valeurs des ´energies d’ionisation
au sein de la famille des halog`enes.
3. (a) Rappeler sans calcul le classement par ´electron´egativit´e de Pauling d´ecroissante
des ´el´ements F, Cl, Br et I.
(b) Montrer que l’on peut comparer les ´electron´egativit´es des ´el´ements en se
basant sur les bilans ´energ´etiques de processus du type :
•AB(g) = A+(g) + B+(g) : ´energie de r´eaction connue et not´ee E1
•AB(g) = A−(g) + B+(g) : ´energie de r´eaction connue et not´e E2
(c) Montrer que le raisonnement p´ec´edent permet de retrouver la d´efinition de
l’´el´ectron´egativit´e de Mulliken.
(d) Application num´erique : ´etablir un nouveau classement par ´electron´egativit´e
d´ecroissante selon Mulliken
Exercice n ˚11 :Repr´esentation de Lewis
Etablir la repr´esentation de Lewis des compos´es suivants : CN −;I−
3;SO3;SO2− 3;HSO− 3;HSO− 4
H2O2;COCl2;BBr3;CCl4;NH2OH;SF2
Exercice n˚12 :Comparaison azote-phosphore
1. Pr´eciser la structure ´electronique de l’azote
2. Ecrire les structures de Lewis de l’ammoniac NH3,de l’hydroxylamine NH2OH,du
chlorure de nitrosyle ClNO. Dans tous ces ´edifices,l’azote est l’atome central.
Pr´eciser s’il y a lieu des charges formelles
3. En utilisant la th´eorie de VSEPR,donner la g´eom´etrie de toutes ces mol´ecules
4. Le phosphore appartient `a la mˆeme colonne que l’azote et peut conduire `a l’ion
P F −
6. D´ecrire sa structure et sa g´eom´etrie. Pourquoi l’analogue n’existe-t-il pas
dans la chimie de l’azote ?
On donne : 7N;8O;15 P;17 Cl
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