Université de Boumerdes Faculté des sciences- Département de chimie Parcours licence ST(2008/2009)- UE de chimie 1. ETLD de chimie 1/1h30

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1 Uiversité de Boumerdes Faculté des scieces- Départemet de chimie Parcours licece ST(008/009)- UE de chimie Le tableau périodique est iterdit Exercice A/ soiet les ucléides suivats : He, He, Si, Si, At At 4 4, ) Combie d élémets chimiques sot représetés ) Idiquer les groupes d isotopes 3) Calculer la masse atomique moyee de He sachat que les abodaces relatives sot : 3 4 He (0,00037%), et He(99,999863%) 0 B/ l astate At est u radioélémet qui se désitègre e doat la particule α et u oyau fils A Z Y. ) Ecrire l équatio de la désitégratio e précisat les ombres A et Z. ) quelle est e joule, ev et MeV? L éergie mise e jeu au cours de cette réactio ucléaire? Doées : m ( He )=4,006 u ; m( He ) = 3,06 u ; m ( At ) = 09,987 u ; m( A Z Y )= 05,97 u ; ev =,6.0-9 C. MeV = 0 6 ev ; u =, Kg = 93,5 MeV/c Exercice ) calculer l éergie écessaire e (ev) pour exciter l électro d u atome d hydrogèe de l état fodametal au iveau excité =. Quelle est la logueur d ode, exprimée e mètre, de la lumière que doit absorbée cet atome pour réaliser cette trasitio? ) L électro de cet atome d hydrogèe est décrit par la foctio d ode ψ 00 (r). Quels sot les ombres quatiques décrivat cet électro? 3) calculer l éergie de cet électro S de l atome d hélium ( He) e utilisat la règle de Slater. Doées : c =3.08 m/s ; h= 6, Js ; la costate d écra σ = 0.3 Exercice 3 Soiet les élémets suivats : Cl, ETLD de chimie /h S, Se, Cr , ) Détermier le ombre de protos, de eutros et d électros de chaque ucléide. ) Doer leurs cofiguratios électroiques et représeter les cases quatiques de la couche de valece (couche extere). Préciser le ombre d électros célibataires. 3) Déduire la positio de ces élémets das le tableau périodique (période, groupe ou coloe, bloc). 4) Doer les 4 ombres quatiques caractérisat l électro célibataire das l élémet K 5) Affecter à chacu de ces élémets la valeur du rayo atomique et de l électroégativité. 6) Proposer ue représetatio de Lewis de la molécule : SiF, la règle de l octet est elle respectée pour chaque atome?( 4 Si, 9 F) Doées : Rayo atomique calculé (Ǻ) :,0 ;,40 ;,5 ;,00 ; 0,79 Electroégativité selo Paulig (χ) : 3,6 ;,58 ; 0,8 ;,6 ;, K

2 Solutio (ETLD ST(008/009) Exercice A/ ) o trouve 3 élémets : He, Si et At ) ( 3 He, 4 He), ( 7 Si, 8 Si) et ( 0 At, At) 3,06.0, ,006.99, ) = 4,005u 00 B/ 0 06 ) At X + α 83 ) m = [m(y) + m(α) ] - [m(at) ] = [05,97) + 4,006 ] - [09,987 ] = 0,006 u E= m.933 MeV= 5,598 MeV = 5,6.0 6 ev = 8, J Exercice ) l éergie écessaire pour exciter l é à l état = à partir de so état fodametal ( E p -E )= -3,6( /p -/ ) (ev) = et p = ( E p -E )= -3,6( / -/ ) E = 3,6. 3/4 = 0, ev E = hυ = 0,.,6.0-9 J λ = hc/ E, λ= 6, / 6,3.0-9 λ =,6.0-7 m ) = l=0 m=0 3) E = 3,6. Zeff ev Z eff =Z- Σσ Z eff =- 0,3 =,69 E = 38, 84 Exercice 3 ev ) la structure des atomes Atome part. protos eutros électros 35 7 Cl 7 8 7

3 3 6 S Se Cr K ) les cofiguratios électroiques et les électros de valece 35 7 Cl : s s p 6 3s 3p S : s s p 6 3s 3p K : s s p 6 3s 3p 6 4s Se : s s p 6 3s 3p 6 3d 0 4s 4p Cr : s s p 6 3s 3p 6 4s 3d 5 3) représetatio des électros de valece par les cases quatiques 3s 3p 4s 4s 4p 4s 3d Cl - électro, S- é, Se- é, Cr 6é, K- é 4) la positio de ces élémets das le TP Cl (3,7) S(3,6), Se(4,6), Cr (4,6), K(4,) ou Cl (3,VIIA) S(3,VIA), Se(4,VIA), Cr (4,VIB), K(4,A) l m s 4s / atome Cl S Se Cr K rayo 0,79,00,5,40,0 electroégativité 3,6,58,48,66 0,8 5) diagramme de Lewis de SiF? F Si F e respecte la règle de l octet E teat compte de la règle de Gillespie, la forme exacte est triagulaire (AX E). Si F F

4 Uiversité de Boumerdes Faculté des scieces- Départemet de chimie Parcours licece SM(008/009)- UE de chimie ETLD de chimie /h Le tableau périodique est iterdit Exercice ) O cosidère la réactio ucléaire suivate U + 0 xxe+ 38Sr + y a) Trouver les variables x et y b) Quelle est la ature de cette radioactivité? c) Doer la costitutio des oyaux : U, Xe et Sr d) La réactio ci-dessous est ue réactio e chaîe. elle costitue la bombe atomique. Expliquer! 7 ) L isotope 3 Al, bombardé par des particules α doe l isotope 5 P. - Ecrire l équatio de la réactio ucléaire correspodate - Le P est u oyau istable, il se désitègre e émettat des positos β +. Quel est le ouveau oyau formé? 3- La période du P est T = 3 m et sa masse iitiale est m o = 6 g. Quel est le ombre de oyaux P désitégrés au bout de m. Déduire le ombre de positos β + émis pedat ce temps- ci. Exercice ) l électro d u atome hydrogéoϊde se trouve sur le iveau du è etat excité. Sachat que so éergie d ioisatio à partir de ce iveau est égale à +3,6 ev. Calculer : a) l éergie de cet électro b) la vitesse de cet électro aisi que le rayo de so orbite. ) a partir de ce iveau excité, l electro subit ue trasitio e émettat dot la logueur d ode est la plus petite. a) Quelle est cette trasitio? b) Calculer la fréquece de la radiatio émise. Doées : h=6, Js, c=3.0 8 m/s, R H =,.0 7 m -, ev=,6.0-9 J a 0 =0,53 Ǻ K= MKSA, e=,6.0-9 C, me = 9,.0-3 Kg Exercice 3 Soit u élémet X dot l électro extere décrit par la foctio d ode ψ (r, θ, ϕ). Sachat que cette foctio d ode est caractérisée par les ombres quatiques = 3, = et m =, ) Quels sot les élémets possibles? ) Doer leurs cofiguratios électroiques et leurs positios das le tableau périodique. Sachat que X a le plus grad rayo atomique, quel est l élémet X? 3- Comparer l éléctroégativité de ces élémets possibles. 4- Proposer u diagramme de Lewis pour la molécule XOCl. Doées : Z X, 8 O, 7Cl. 0

5 Solutio (ETLD SM (008/009) Exercice ) la réactio ucléaire ; a) E équilibrat les ombres de masse et les ombres de charge, o aura x = 54 et y = 3 b) La radioactivité est artificielle. c) 35 U( 9 protos, 43 eutros) ; 39 Xe (54 p, ) ; 94 Sr (38 p, 56 ) d) O l appelle réactio e chaîe ou réactio à multiplicatrice de eutros à cause de ces eutros résultats qui echaîet la réactio sur les autres oyaux de l U. Ce processus est istataé. Il costitue doc la bombe atomique. 7 ) La réactio ucléaire illustrat l évolutio du oyau de l isotope 3 Al suite au bombardemet par la particule α et qui coduit au 5 est représetée ci-dessous : 7 A 7 4 A 3 Al + α 5 P+ Z X ou 3 Al+ He 5 P+ Z X P La particule émise possède les caractéristiques suivates A = 7+4- = Z =3+-5 = U + 0 xxe+ 38Sr + y 0 La particule qui résulte de cette réactio est doc u eutro. efi das la forme fiale: ou ecore Al+ He 5 P+ Al(α, P 7 3 ) 5 0 X 0 = 0. La réactio s écrit - Le phosphore- état radioactif se désitègre par émissio β +. Le oyau ouvellemet formé aisi que la réactio qui le géère sot présetés ci- dessous, P X + β + P X + β A + 5 Z où β + = 0 + e Les caractéristiques, après cosidératio des coditios d équilibre pour les réactios ucléaires à savoir le bila de masse et de charge, sot pour le ucléide A Z X : = A + 0 A = 5 = Z + Z =4 => X Si L écriture défiitive de la réactio est : 4 = 4 5 P 4- Le ombre de oyaux à déduire d ue masse iitiale m 0 égale à 6g est égal à so tour au ombre de positos émis, état doé que la désitégratio d u oyau de P s accompage d ue particule β +. Pedat m c est à dire u temps égal à 3 fois la période, le ombre de oyaux désitégrés est égal à la différece etre la masse iitiale m 0 et m la masse restate au bout de 3T. 4 Si + + β

6 m = m 0 m, celle-ci s exprime e terme du ombre des oyaux par la relatio : = m. N (), A itroduite das la loi ciétique = 0 e λ t o arrive à ue expressio dot laquelle la masse deviet foctio du temps. m. N m0. N λt λt = = e càd m= m e A A 0 () La masse m qui reste après m, calculée à partir de la relatio () est : 3. / ,69 m= 6g. e T L T L = 6g. e = 6g e m =,09g, alors la masse m désitégrée au bout de m est 6 -,09 =3,98 g Le ombre de oyaux coteus das cette masse est calculé e la relatio () est : 3 3,98. g.6,03.0 ' = =,80.0 g =,80.0 oyaux de p =,80.0 particules β + Exercice =3, é état excité, Ei, 3 = +3,6 ev ) E = - Ei,= - 3,6 ev Z = E 3 /E 3 (H), Z= 3 ) V= v 0.(H)Z/, v =., /3 m/s =,8.0 6 m/s (v 0 (H)=ћ/m a 0 =,8.0 6 m/s) r = a 0 /Z =3a 0 (a 0 =0,53Ǻ) 3) Emissio d ue logueur d ode la plus petite (3 ) hυ = E 3 -E = 3,6 Z = 3,6..3. =08,8 ev = 74, J 3 3 υ = 6, hz Exercice ) et ) X est u 3p et X est u 3p 4 selo les ombres quatiques cités ci-dessus, e preat bie etedu m s égal à + ½ m : X : s s p 6 3s 3p X (3, 3) X :s s p 6 3p 3p 4 X (3,5) m : r(x ) > r(x ) doc X = X, il s agit de Al. 3- χ(x ) > χ(x ) 4) Diagramme de Lewis de XOCl Cl Al O