Date de l'epreuve : 31 MARS 2009 AEROSUP B. Professeur : Monsieur BOUGUECHAL

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1 I.P.S.A. 24, rue Pasteur Le Kremlin-Bicêtre Tél. : Fax. : Classe : Date de l'epreuve : 31 MARS 2009 AEROSUP B PARTIEL DE STRUCTURE DE LA MATIERE PARTIEL Professeur : Monsieur BOUGUECHAL Durée : 1h30 2 h 00 3 h 00 Sans (1) Notes de Cours Avec (1) Sans(1) Calculatrice (1) Rayer la mention inutile NOM : Prénom : N de Table : PARTIEL DE STRUCTURE DE LA MATIERE Formulaire : voir page 3 ; l épreuve comporte 4 exercices Numérotez vos pages. Inscrivez vos nom, prénom et classe Justifiez vos affirmations si nécessaire. Il sera tenu compte du soin apporté à la rédaction. NOM PRENOM CLASSE NUMERO Si au cours de l épreuve, vous repérez ce qui vous parait être une erreur ou un oubli dans l énoncé, vous le signalez clairement dans votre copie et vous poursuivez l examen en proposant une solution. T.S.V.P. 1/10

2 PARTIEL DE STRUCTURE DE LA MATIERE 31 MARS 2009 Exercice 1 : Les coefficients de Slater ( 5 points ) Selon la proposition de Slater les coefficients d écran sont déterminés de la manière suivante : A. Les orbitales atomiques sont séparées en : 1. Couches 2. Groupes 3. Niveaux 4. Orbitales 5. Aucune réponse B. Le coefficient d écran σ relatif à un électron est : 1. négatif 2. compris entre 0 et 1 3. égal à entre -1 et Aucune réponse C. Pour un électron 1s le coefficient d écran de l autre électron 1s vaut : Aucune réponse D. Pour un électron 3s3p, le coefficient d écran d un électron d une orbitale atomique de nombre quantique principal supérieur à 3 vaut : Aucune réponse E. Pour un électron 3s3p, le coefficient d écran d un électron d une orbitale atomique de nombre quantique principal égal à 2 vaut : Aucune réponse F. Le numéro atomique effectif de l atome d hydrogène ( Z =1 ) est : Aucune réponse G. Le numéro atomique effectif de l atome d hélium ( Z = 2 ) est : Aucune réponse H. Le numéro atomique effectif de l atome de lithium ( Z = 3 ) est toujours: 1. égal à 3 2. inférieur à 3 3. supérieur à 3 4. égal à Aucune réponse I. Le numéro atomique effectif de l atome de lithium pour un électron 1s est : Aucune réponse J. Le numéro atomique effectif de l atome de lithium pour un électron 2s2p est : Aucune réponse Cochez la ou les bonne(s) case(s). EXERCICE A B C D E F G H I J 2/10

3 DONNEES : REGLES DE SLATER Etat de l électron faisant écran Electron étudié 1s 2s2p 3s3p 3d 4s4p 4d 4f 1s s2p s3p d s4p d f ENERGIES DES ELECTRONS E 13.6 n *2 i Z 2 eff ( en ev ) RAYON DES ORBITALES r Z n 2 * eff a 0 avec a 0 = 53 pm 3/10

4 Numéro atomique Nom de l élément Elément Exercice 2 : La règle de Klechkowsky : ordre de remplissage ( 5 points ) Complétez le tableau suivant : Configuration électronique Si exception A noter ici 1 Hydrogène H 2 Hélium He 3 Lithium Li 4 Béryllium Be 5 Bore B 6 Carbone C 7 Azote N 8 Oxygène O 9 Fluor F 10 Néon Ne 4/10

5 Exercice 3 : Le rayon des atomes et des ions ( 8 points ) a) Déterminer la structure électronique des atomes suivants : 1H 2He 3Li 5B 7N 9F 10Ne b) Calculer les coefficients d écran pour tous les groupes d électrons des ces atomes et en déduire les charges effectives pour chaque groupe d électrons Z*eff (compléter le tableau). c) Calculer les coefficients d écran pour tous les groupes d électrons des ions positifs correspondants (une seule charge positive) et en déduire les charges effectives pour chaque groupe d électrons Z*eff (compléter le tableau). d) En déduire les rayons des atomes et des ions correspondants. Donner l allure des rayons en fonctions de Z de ces atomes et des ions correspondants. Réponse : a) Atomes Structure électronique 1H 2He 3Li 5B 7N 9F 10Ne b) Atomes Coefficients d écran Charge effective Z eff 1H 2He 3Li.... 5B 7N 9F 10Ne 5/10

6 c) ions Coefficients d écran Charge effective Z eff 1H + 2He + 3Li + 5B + 7N + 9F + 10Ne + d) Atomes 1H Rayons ( formule et application numérique ) 2He 3Li 5B 7N 9F 10Ne 6/10

7 ions 1H + Rayons 2He + 3Li + 5B + 7N + 9F + 10Ne + Allure des rayons en fonction de Z 7/10

8 Exercice 4 : Affinité électronique et électronégativité ( 4 points ) L énergie d ionisation d un atome est donnée par : E.I = E (A + ) - E(A) où A est un atome quelconque et E représente l énergie totale. (Formules page 3 ) a) Calculer l énergie de première ionisation des atomes suivants : 3Li 5B 7N L affinité électronique d un atome est donnée par : A.E = - ( E(A - ) - E(A) ) où A est un atome quelconque. b) Calculer l affinité électronique des atomes donnés en première partie. (faire un tableau) L électronégativité des atomes selon Mulliken est donnée par la formule : Χ (A) = *(E.I+A.E)/2 c) Calculer l électronégativité selon Mulliken. d) Donner l écart relatif avec les valeurs expérimentales données ci-dessous. 3Li 5B 7N Réponse : 8/10

9 9/10

10 10/10