Date de l'epreuve : 11 JANVIER 2011 AEROSUP A. 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 : 11 JANVIER 2011 AEROSUP A 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 : Slater et VSEPR (pages 9 et 10); l épreuve comporte 4 exercices Inscrivez vos nom, prénom et classe Justifiez vos affirmations si nécessaire. Il sera tenu compte du soin apporté à la rédaction. NOM : NUMERO : PRENOM : 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 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. Groupes 2. Couches 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 : D. Pour un électron 3s3p, le coefficient d écran d un électron d une orbitale atomique de nombre quantique principal supérieur à 3 vaut : E. Pour un électron 3s3p, le coefficient d écran d un électron d une orbitale atomique de nombre quantique principal égal à 1 vaut : F. Le numéro atomique effectif de l atome d hydrogène ( Z =1 ) est : 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 inférieur à 3 3. supérieur à 3 4. égal à 3 5. 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 Numéro atomique Nom de l élément Elément Exercice 2 : Schéma de Lewis et méthode VSEPR ( 5 points ) a) Complétez le tableau suivant : Configuration électronique Configuration électronique avec les cases quantiques Schéma de Lewis 16 Soufre 16S 9 Fluor 9F 15 Phosphore 15 P 17 Chlore 17Cl b) Donner le schéma de Lewis de ces molécules : SF 4 PCl 5 SF 6 3/10

4 c) Quel réarrangement de la couche externe doit-on faire à l atome central pour obtenir ces composés. d) En déduire leurs géométries selon la méthode VSEPR. 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. conclusion Réponse : a) Atomes 1H Structure électronique 2He 3Li 5B 7N 9F 10Ne 5/10

6 b) Atomes 1H 2He 3Li Z*eff 5B 7N 9F 10Ne c) ions 1H + Z*eff 2He + 3Li + 5B + 7N + 9F + 10Ne + 6/10

7 d) Atomes 1H 2He 3Li 5B 7N 9F 10Ne Rayons e) ions 1H + 2He + 3Li + 5B + 7N + 9F + 10Ne + Rayons 7/10

8 Exercice 4 : Energie d ionisation ( 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. a) Déterminer l énergie totale de tous les électrons des atomes suivants : 3Li 5B 7N 9F b) Déterminer l énergie totale de tous les électrons des ions suivants : 3Li + 5B + 7N + 9F + c) En déduire l énergie d ionisation de chaque atome. d) Représenter sur un graphique l énergie d ionisation en fonction du numéro atomique Z. ( On pourra utiliser les résultats de l exercice précédent ) 8/10

9 9/10

10 Coefficients d écran de Slater Etat de l électron faisant écran Electron étudié 1s 2s2p 3s3p 3d 4s4p 4d 4f 1s s2p s3p d s4p d f r Energie d un électron i E 13.6 n *2 i Z *2 eff Rayon des orbitales atomiques *2 a * 0 avec a 0 = 53 pm eff Z n La valeur de n* est donnée par : n n* Méthode VSEPR n+p n p Type Figure géométrique AX 2 Segment de droite ( linéaire ) AX 3 Triangle 2 1 AX 2 E 1 Coudée, angle voisin de AX 4 Tétraèdre 3 1 AX 3 E 1 Pyramide à base triangulaire 2 2 AX 2 E 2 Coudée, angle voisin de AX 5 Bi-pyramide à base triangulaire 4 1 AX 4 E 1 Tétraèdre déformé 3 2 AX 3 E 2 En forme de T 2 3 AX 2 E 3 Linéaire 10/10