UNIVERSITE DE LORRAINE FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES SUJET D EXAMEN

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1 UNIVERSITE DE LRRAINE ACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES DIPLME : LPC (L1PC-S1) Epreuve de : Atomistique et Liaisons Chimiques Session de : novembre 015 Nom du coordinateur : G. Monard SUJET D EXAMEN Durée du sujet : 1h0 Calculette autorisée Documents non autorisés Les exercices sont indépendants. Vous prendrez un soin particulier à justifier vos réponses. Exercice 1 1. Donnez la configuration électronique, dans leur état fondamental, des atomes de fluor (), d oxygène (), de sélénium (Se) et de silicium (Si), en indiquant dans chaque cas quels sont les électrons de cœur et de valence. électron de cœur en rouge Z = 9 1s s p 5 Z = 8 1s s p 4 Se Z = 4 1s s p 6 s p 6 d 10 4s 4p 4 Si Z = 14 1s s p 6 s p. Classez ces quatre atomes par ordre de rayon atomique croissant. Sur une même période, plus Z est grand, plus rayon est petit. D une période à une autre, le rayon augmente. n ormule : ρ = a 0 Z et sur la même période n = : ρ() < ρ() Se : n = 4 Si : n = Donc ρ() < ρ() < ρ(si) < ρ(se). Classez les atomes de fluor (), d oxygène () et de silicium (Si) par ordre d électronégativité croissante. Plus on monte plus on va vers la droite dans le tableau périodique, plus χ augmente Donc : χ(si) < χ() < χ() 4. Donnez les structures de Lewis des molécules suivantes : H,, Si, et Se 6. Vous prendrez soin de représenter, le cas échéant, l ensemble des formes mésomères possibles pour chaque structure. H Si Si Si 1

2 Se 5. Pour les molécules, Si, et Se 6, représentez la géométrie selon le modèle VSEPR. Vous prendrez soin d indiquer pour chaque figure le nom de la figure de répulsion ainsi que les angles idéaux autour de l atome central. Molécule AX n E m Nom igure AX E tétraédrique Si AX E 0 triangulaire Si Se 6 AX 6 E 0 octaédrique Se Donnez les hybridations des atomes dans leurs molécules respectives : dans H, dans et Si dans Si. Rappel : VSEPR Géométrie Hybridation AX E 0 linéaire sp AX E 0 trigonale sp AX 4 E 0 tétraèdrique sp Molécule atome hydridation H sp sp Si Si sp 7. Etablissez les tableaux récapitulatifs des orbitales moléculaires (σ, π, non-liantes, π, σ ) qui composent les molécules H, et Si en y indiquant les orbitales moléculaires qui sont occupées. Rappel : paire libre = M non liantes liaison simple = M : σ + σ liaison double = 4M : σ, σ, π, π liaison triple = 6M : σ, σ, π, π et π, π orthogonales aux π/π précédentes

3 Molécule σ π non-liantes π σ H 1 (H-) () 1 (H-) (-) () + 6() (-) Si (Si-) 1 8() 1 (Si-)

4 Exercice 1. Donnez la configuration électronique, dans leur état fondamental, des atomes de sodium (Na) et de rubidium (Rb). Na 1s s p 6 s 1 Rb 1s s p 6 s p 6 4s d 10 4p 6 5s 1. Quels sont les sens des vecteurs des moments dipolaires dans les molécules Na et Rb? (justifiez votre réponse) χ() > χ(na) > χ(rb) donc le moment dipolaire va de vers Na dans Na et de vers Rb dans Rb Na Rb. Sachant que la molécule Na possède un moment dipolaire expérimental de 8,156 D et que la distance Na vaut 1,96 Å, quel serait son moment dipolaire, en Debye, si la liaison dans cette molécule était purement ionique? Calculez le pourcentage d ionicité de cette liaison. µ ion [D] = q.d = 1[e] 1,96[Å] 1, [C][e] [m][å] 1,.10 0 [C][m][D] 1 = 9,54[D] % ionicité = µ exp µ ion = 8,156 9,54 = 88,1% 4. Sachant que, dans la molécule Rb, la distance interatomique vaut,70 Å pour un pourcentage d ionicité de 78,4%, calculez le moment dipolaire, en Debye, de la molécule Rb. µ ion [D] = q.d = 1[e],70[Å] 1, [C][e] [m][å] 1,.10 0 [C][m][D] 1 = 10,907[D] µ exp = % ionicité µ ion = 0,784 10,907 = 8,551[D] 4

5 Exercice Soit un ion He + : 1. Quelle est l énergie de cet ion He + dans son état n=1 (en ev)? He + est un hydrogénoïde. E n = I Z n = = 54.4eV. Quelle est l énergie de cet ion He + dans son état n= (en ev)? E n = I Z n = 1.6 = 6.04eV. Calculez la longueur d onde, en nm, du photon que doit absorber He + dans son état n=1 pour passer à l état n=. soit : E = hc λ λ = hc E 6, [J.s].10 8 [m][s] 1 = (( 6.04) ( 54.4))[eV] 1, [J][eV] 1 =, [m] =, [m] = 5, 7[nm] 5

6 Exercice 4 1. A partir du diagramme des orbitales moléculaires de B construit à partir des orbitales atomiques de valence du Bore donné ci-dessous, donnez la configuration électronique à l état fondamentale de la molécule B. B : è de valence 6è de valence sur B Configuration électronique : (σ 1 ) (σ 1 ) (π x ) 1 (π y ) 1. La molécule B est-elle diamagnétique ou paramagnétique? (justifier) La molécule B est paramagnétique car toutes les orbitales moléculaires ne sont pas doublement occupées. (ou encore : le nombre d électrons de spin est différent de celui des électrons de spin ). Expliquez pourquoi le potentiel d ionisation de B est plus grand que celui de B. Théorème de Koopmans : PI Eè arraché Donc E π < E p PI(B ) > PI(B) 4. En justifiant votre réponse, classez par ordre de distance internucléaire croissante les molécules B, B + et B. Molécule Configuration électronique Indice de liaison B (σ 1 ) (σ 1 ) (π x ) 1 (π y ) = 1 B + (σ 1 ) (σ 1 ) (π x ) = 0.5 B (σ 1 ) (σ 1 ) (π x ) (π y ) = 1.5 Plus l indice de liaison est grand, plus la distance internucléaire est courte, donc : d(b ) < d(b ) < d(b + ) σ π x π y p x p y p z σ p x p y p z π x π y σ 1 s s σ 1 6

7 Données : 1e = 1, C 1 Å= m 1 D =,.10 0 C.m 1 ev = 1, J h = 6, J.s c =.10 8 m/s 7