année 1996-97 PCSI2

année 2013-2014
PCSI 1
TD n°3 : Atome, classification périodique.
Exercice 1 : Le carbone (M = 12,01115 g.mol-1) contient en masse 98,892% de carbone 12 et
1,108% de carbone 13. En déduire la masse atomique molaire du carbone 13.
Exercice 2 : Des atomes d’hydrogène initialement à l’état fondamental, sont excités par un
rayonnement UV de longueur d’onde 97,35 nm.
a) Quel est le nombre quantique principal de l’état excité obtenu ?
b) Quelles sont les longueurs d’onde des différentes radiations pouvant être émises par
désexcitation à partir de cet état ?
Exercice 3 : On considère l'atome d'hydrogène dans l'état excité 3p.
a) Quelles sont les transitions d'émission possibles ? Les représenter sur un schéma.
b) Calculer les longueurs d'onde des photons associés à ces transitions. On donne en
unités du système international la constante de Rydberg Ry = 2,18.10-18 J, la constante de
Planck h = 6,62.10-34 Js et la célérité de la lumière dans le vide c 3,00.108 m.s-1.
c) Quel est le potentiel d'ionisation de l'hydrogène dans cet état excité( en eV et en
-1
kJ.mol ). On donne le nombre d'Avogadro NA = 6,02.1023.
Exercice 4 : Certaines étoiles présentent des spectres continus d’émission pour l’atome
d’hydrogène. Ce phénomène est dû à la capture, par des ions H+, des électrons libres qui se
trouvent dans ce milieu. Les électrons libres sont animés d’une vitesse v pouvant avoir toutes
les valeurs possibles à partir de v = 0, v restant petite devant c, célérité de la lumière dans le
vide. La capture de l’électron donne un atome d’hydrogène d’énergie quantifiée et
s’accompagne de l’émission d’un photon de fréquence .
a) Donner l’expression de la fréquence du photon émis en fonction de la vitesse de
l’électron libre, lorsque celui-ci est capturé sur le niveau de nombre quantique n = 2.
b) Cette fréquence est-elle quantifiée ?
c) Quelles sont les valeurs limites de cette fréquence ?
d) Quel est l’intérêt de la remarque v<<c ?
Exercice 5 : Donner les diverses orbitales atomiques que peut occuper un électron de nombre
quantique principal n=4.
Exercice 6 : Donner les structures électroniques des atomes suivants dans leur état
fondamental :
8O, 17Cl, 21Sc, 26Fe, 47Ag.
En déduire les propriétés magnétiques de ces éléments.
Exercice 7 : Quel ion chargé deux fois + possède 6 électrons 4d dans son état fondamental.
Exercice 8 : En appliquant les règles de remplissage, donner la structure électronique dans
leur état fondamental de N(Z=7), P(Z=15), Ac(Z=89), Cu(Z=29),Pd(Z=46), I(Z=53).
Exercice 9 : En utilisant les électronégativités des éléments données par Pauling, prévoir
l'ionisation la plus favorable dans les cas suivants :
a) Na + Cl donne-t-il Na+ + Cl- ou Na- + Cl+ ?
b) Même question pour I + Cl.
c) Même question pour Na + H.
Exercice 10 : On considère les atomes de nombre de charge Z inférieur ou égal à 20 dans leur
état fondamental. Quels sont ceux qui :
a) ne possèdent qu'un électron célibataire ?
b) possèdent deux électrons célibataires ?
Exercice 11 : Classer par ordre croissant de rayon :
a) les alcalins des périodes M,N et O.
b) O,Ne, Na+ et Na.
Exercice 12 : Tableau périodique.
A faire évidemment sans regarder le tableau périodique...
5
6
8
1
4
2
3
1.
2.
3.
4.
7
9
A partir de leur position dans le tableau périodique, déterminer la configuration
électronique de valence de chacun des éléments numérotés de 1 à 9. Où se situent les
éléments de transition ? les alcalino-terreux ?
Où se situent les éléments de plus grande affinité électronique ?
Quel est l’ion le plus probable obtenu à partir de chacun des éléments numérotés de 1 à
9 appartenant aux blocs s et p ? On devra pour le cas de l’élément aluminium (8)
utiliser sa culture chimique pour savoir s’il a tendance à former des cations ou des
anions.
Trois éléments de la quatrième période notés 10, 11 et 12 possèdent trois électrons non
appariés dans leur état fondamental. Donner leur structure électronique. Les placer
dans le tableau périodique. Lesquels sont des éléments de transition ?