Projet examen de septembre 2002, SCM 1

UNIVERSITE P. et M. CURIE Année universitaire 2001/02
DEUG S.C.M. 1ère année
EXAMEN DE CHIMIE (Chimie 1)
Septembre 2002
(durée 2h30)
Corrigé
Il est rappelé que les calculatrices sont interdites
I Question de cours : La maille hexagonale compacte dans le solide métallique (temps
conseillé 30 mn)
a) Représenter sur la figure 1 jointe ci-après la position des atomes dans la maille hexagonale
compacte. Voir sur la figure 1 ci-dessous.
b) Tracer sur la figure 2 jointe ci-après, la maille élémentaire (et non la maille
conventionnelle) du réseau hexagonal compact. Voir sur la figure 2 ci –dessous.
c) Déterminer le nombre d’atomes par maille conventionnelle et par maille élémentaire
réduite.
Maille conventionnelle :( 6/6) x2+(1/2)x2 + 3=6
Maille réduite : 2
d) Exprimer les paramètres de maille a et c en fonction du rayon atomique R de l’atome.
Etablir la relation qui doit exister entre les paramètres de maille a et c. Définir la
compacité du réseau . Etablir sa valeur pour le réseau hexagonal compact.
a=2R
c= 4R x 3
2
C= 6x volume d’1 atome/ Volume maille conventionnelle= 0,74
II) Exercices :
1) Atomistique. (temps conseillé 45 mn)
a) Le sélénium Se a pour numéro atomique 34. Ecrire la structure électronique de cet atome,
on explicitera sous forme de cases quantiques la couche de valence.
34Se 1s22s22p63s23p63d104s24p4
b) En utilisant les coefficients de Slater du tableau ci-joint, calculer l’écran électronique σ,
subi par un électron de la couche de valence du sélénium; en déduire la valeur du numéro
atomique effectif Z*.
Z*= Z –σ
σ = 5x0,35+10x0,85 +8x0,85 +8x1+3x1 =27,05
Z*=34-27,05 = 6,95
c) Même question pour l’ion Se+.
Z*= Z –σ’
σ’= 4x0,35 +10x0,85 +8x0,85+8x1+2x1=26,70
Z*= Z –σ’=34-26,70 = 7,30

d) Etablir la relation permettant de déterminer l’énergie de première ionisation de l’atome de
sélénium.
Se Se+ + e-
Ei,1= Eorbit(Se+) – Eorbit(Se)
Ei,1= 5x (-13,6)x ²
)(
2*
n
SeZ +
- 6x(-13,6)x ²
)(
2*
n
SeZ
e) Un des isotopes stables du sélénium est 77Se. Donner la composition en électrons, protons
et neutrons de cet atome ainsi que celle de l’ion 77Se2-.
Protons neutrons Electrons
7734Se 34 43 34
7734Se2- 34 43 36
f) Les électronégativités de l’arsenic (33As) et du tellure (52Te) sont égales et valent 2,1 dans
l’échelle de Pauling. Celle du sélénium est-elle inférieure ou supérieure à cette valeur ?
Justifier votre réponse.
L’ arsenic (33As) est placé juste avant le sélénium (34Se) dans la classification périodique
donc l’ électronégativité de Se est supérieure à celle de As car l’ électronégativité croit de
gauche à droite dans une période
Le sélénium est placé au dessus du Tellure (52Te) dans la classification donc l’
électronégativité de Se est supérieure à celle de Te car l’ électronégativité croit de bas en
haut dans une colonne.
g) Le rayon atomique du soufre (16S) vaut 0,1 nm et celui du brome (35Br) 0,114 nm.
Comment situez vous le rayon atomique du sélénium par rapport à ces deux atomes ?
Justifier votre réponse.
Le soufre ( 3ième période) est placé au dessus de Se dans la classification donc rSe>rS car le
rayon atomique augmente du haut vers le bas dans une colonne. Le sélénium est placé juste
avant le brome dans la classification dans la 4ième période donc rSe>rBr car le rayon atomique
décroit de gauche à droite dans une période de la classification.
2) Cinétique. (temps conseillé 30 mn)
Parmi les isotopes radioactifs du sélénium on trouve l’élément 79Se dont la période radioactive,
T, vaut 650 siècles! Ce dernier se désintègre en émettant un électron (émission β-).
a) Ecrire la réaction de désintégration en identifiant le noyau fils.
Se
79
34 + X
79
35 e
0
1−
Z(X)=35 X est le brome, c’ est le noyau fils.
b) Quelle est la signification cinétique de la période radioactive ?
La période radioactive correspond au temps de ½ réaction de la cinétique de désintégration.
c) La réaction de désintégration radioactive est-elle une réaction élémentaire ? Quel est alors
son ordre ?
La désintégration d’ un phénomène propre au noyau se fait en une seule étape, c’ est donc
une réaction élémentaire. Le processus est monomoléculaire ( dans le cas présent
monoatomique) .L’ ordre est égal à la molécularité , égal à 1
d) Ecrire en fonction de la période T et de la variable t (temps) la loi cinétique de l’activité
radioactive A(t) (cette grandeur est directement proportionnelle au nombre d’atomes
radioactifs à l’instant t)

La réaction est d’ ordre 1 donc A(t) = A(0) e-kt avec k= T
2ln
A(t) = A(0) e-T
t2ln = A(t) =A(0).(1/2)t/T
e) En prenant arbitrairement l’activité radioactive d’une roche contenant du sélénium égale à
1 au temps présent, quelle était son activité il y a 325000 ans ?
On constate que 325000 ans = 5x65000 =5T
Donc si A(t) =1 A(0) =1x25 =32
3) Liaisons chimiques. (temps conseillé 40 mn)
Le sélénium peut se combiner avec le fluor pour donner les composés SeF4 et SeF6.
a) Ecrire les schéma de Lewis de ces deux molécules. Obéissent-elles à la règle de l’octet de
Lewis ?
SeF4 : le fluor a 1électron célibataire sur sa couche externe ; il faut 4 électrons célibataires
pour le sélénium ,d’ où promotion de valence : 4s24p34d1 le schéma de Lewis est le suivant :
SeF6 : double promotion de valence : 4s14p34d 2
b) A quelle type de structure AXmEn correspondent ces deux composés dans la méthode
VSEPR ? En déduire leur géométrie la plus stable.
SeF4 AX4E F SeF6 AX6 F
F F F
Se Se
F F
F
F F
c) L’existence des molécules SF4 et SF6 est elle possible ? Justifier votre réponse.
S
16 est au dessus du Sélénium dans la 16ième colonne mais appartient à la 3ième période : la
promotion de valence vers 3d est possible , les molécules existent

d) L’existence des molécules OF4 et OF6 est elle possible ? Justifier votre réponse.
(On rappelle que 8O, 16S et 34Se appartiennent à la même colonne du tableau périodique)
O
8est au dessus du S dans la 16ième colonne mais appartient à la 2ième période , la sous
couche 2d n’ existe pas ,il n’ y a pas de possibilité de promotion de valence. OF4 et OF6 n’
existent pas ( seul OF2 existe)
e)Combinés avec l’atome d’hydrogène H, les trois atomes O, S et Se forment les composés
H2O, H2S et H2Se ayant même géométrie. Sachant que l’angle de liaison dans H2Se est de 90°
comment évolue l’angle de liaison quand on passe à H2S puis à H2O ? On justifiera sa réponse
à partir des règles de Gillespie (VSEPR).
Il y aura ouverture de l’ angle car l’ électronégativité augmente de Se à O et la distance A-X
diminue de Se à O
α( H2O) > α(H2S)> α(H2Se)
f)L’électronégativité de H vaut 2,1 dans l’échelle de Pauling. Indiquer comment se polarise la
liaison H-Se.
Le sélénium est plus éléctronégatif que H donc la liaison H-Se se polarise : H+δSe-δ ( cf
question 1f)
g)A l’état gaz le moment dipolaire de H2Se mesuré par différentes méthodes vaut à peu près
0,25 D (1/4 D). Sachant que la longueur de liaison H-Se vaut 0,15 nm ((3/2) ×10-10 m)
déterminer le caractère ionique partiel de la liaison H-Se.
µ= µSeH1+ µSeH2
µH2S = 2 µH-Se cos 45 = ¼ x1/1,4x1/3 10-29 (C.m) = δxexr
δ= 0,025 ou en %: 2,5 %
On donne : cos (45 °) = 0,7
1D =(1/3 )×10-29C.m
charge élémentaire 1,6x10-19 C
Tableau des constantes d'écran:
Valeur du coefficient d'écran σij exercé par chaque électron i sur l'électron j
état de l'électron i
1s 2s2p 3s3p 3d 4s4p 4d
1s 0.30 0 0 0 0 0
2s2p 0.85 0.35 0 0 0 0
3s3p 1 0.85 0.35 0 0 0
3d 1 1 1 0.35 0 0
4s4p 1 1 0.85 0.85 0.35 0
état de
l'électron
j
4d 1 1 1 1 1 0.35

JOINDRE AVEC LA COPIE. N° Anonymat :
Figure 1
Figure 2