DEVOIR SURVEILLE. Corrigé. 1) Le numéro atomique de l iode est égal à 53 donc chaque noyau contient 53 protons.

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1 DEVR SURVELLE 3 orrigé L atome d iode 1) Le numéro atomique de l iode est égal à 53 donc chaque noyau contient 53 protons. L unique isotope a une masse molaire égale à M = 126,9 g. mol g. mol 1. Donc le nombre de masse de cet isotope (un entier forcément) est égal à 127. haque noyau contient donc 127 nucléons et donc 74 neutrons. 2) L iode 131 est donc un isotope artificiel de l iode (4 neutrons de plus dans le noyau). et isotope est vraisemblablement radioactif d où le danger s il est assimilé par la thyroïde à la place de l isotope naturel. Après assimilation, il va se désintégrer en émettant des rayonnements (gamma). 3) En appliquant notamment la règle de Madelung-Klechkowsky, on obtient : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 5 4) Les électrons de valence sont ceux situés dans les A de nombre quantique n le plus élevé et dans les A (dégénérées) en cours de remplissage. ls sont en rouge ci-dessus. 5) Les A complètes ne contiennent pas d électrons célibataires. En revanche, les 3 A 5p dégénrées ne contiennent que 5 électrons donc l une des 3 A contient 1 électron célibataire (on peut aussi proposer un schéma des A 5p remplies). 6) A 5p : n = 5 ; l = 1 ; m = 0 ou 1 ou 1 (3 valeurs possibles 3 A dégénérées). A 5s : n = 5 ; l = 0 ; m = 0 7) n observe la configuration électronique de l iode : n max = 5 donc 5ème période. Le dernier électron placé (en appliquant M-K) est dans 5p (5p 5 ) donc l iode est dans le bloc p, la 5ème colonne de ce bloc donc la 17ème colonne de la classification. 8) est la famille des halogènes.

2 Les comprimés d iode 9) Le potassium est un métal alcalin donc il est dans la 1 ère colonne de la classification (la configuration se termine en «s 1» ).l est dans la 4 ème période de la classification donc n max = 4. n en déduit sa configuration électronique : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1. L atome de potassium a donc 19 électrons donc 19 protons ; Z = ) Les trois grands types de solides sont : les solides ioniques, les solides moléculaires et les solides métalliques. L iodure de potassium solide est vraisemblablement un solide ionique car le potassium (1 ère colonne) et l iode (17 ème colonne) sont deux éléments aux électronégativités très éloignés (en pratique, quand on les associe, les atomes d iode volent des électrons aux atomes de potassium. 11) haque atome a spontanément tendance à perdre ou à gagner des électrons pour donner si possible un ion dont la configuration électronique sera à couches complètes (comme les atomes de gaz noble). Vu leur configuration électronique, l iode a tendance à donner des ions iodures et le potassium des ions K +.Un solide ionique devant être macroscopiquement neutre, la formule chimique de l iodure de potassium est K. 12) Les solides ioniques se présentent comme un empilement compact d anions et de cations alternés, par exemple (une règle à respecter les ions de même signe ne doivent pas se toucher ): Les solides ioniques sont cassants (une tentative de déformation conduit au mieux à une cassure), isolants électriques (mais si on les fait fondre, le liquide obtenu est conducteur ; si on le dissout dans l eau, la solution aqueuse obtenue est conductrice) et leur température de fusion est très élevée (il faut casser les liaisons ioniques, fortes, entre les cations et les anions lors de la fusion). La thiroxine 13) Dans une molécule, les atomes (des blocs s et p) partagent des électrons avec les atomes auxquels ils sont liés pour que chaque atome ait la «sensation» d être entouré par huit électrons de valence (soit 4 doublets, liants ou non liants), comme le sont les atomes de gaz noble... 14) Dans un schéma, tous les atomes ne vont pas forcément respecter cette règle : ertains atomes (fréquemment ceux des colonnes 1, 2 et 13) peuvent avoir moins de 4 doublets autour (on le signale en plaçant autant de lacunes qu il manque de doublets). ertains atomes (uniquement périodes 3, 4, 5..) peuvent être hypervalents (> 4 doublets) D autres enfin pourront avoir un électron célibataire (radical) et 3 doublets (total 7 e ) 15) Schéma de Lewis de l ion N 4 (on complète avec la règle de l octet et en vérifiant la cohérence des charges formelles) :

3 N Remarque générale : on ne cherche pas forcément à interpréter les «faibles» écarts (quelques pm) aux valeurs moyennes (valeur moyenne = toutes les liaisons en question ne font pas tout à fait la même longueur dans toutes les molécules, donc il ne faut pas s étonner des petits écarts ). Notez bien : dès que vous parlez de délocalisations, de formules mésomères, il faut proposer des schémas pour valider l interprétation. 16) En haut à droite, la longueur de la liaison est étonnante, clairement intermédiaire entre la longueur d une - et celle d une =. Le vrai ion thiroxine est en fait un hybride, certains électrons du groupe carboxylate étant délocalisés comme le montrent les deux formules mésomères ci-dessus : R R Les deux liaisons sont donc des liaisons hybrides simple/double et doivent faire la même longueur (130 pm). 17) De même les liaisons des cycles sont des liaisons hybride simple/double comme le montrent les deux formules mésomères ci-dessous : Stop aux idées fausses et aux phrases ambigües! A lire calmement pour bien assimiler les notions ; les mots choisis ont (comme toujours) une importance Quand vous proposez plusieurs formules mésomères pour un composé, deux par exemple, cela signifie que certains électrons sont délocalisés dans la molécule ; En général, les électrons délocalisés sont repérés sur les dessins grâce aux flèches que l on indique sur la formule de gauche pour montrer où ils sont dans celle de droite. Mais en réalité ces électrons ne sont ni localisés à l endroit proposé dans la première formule, ni localisés à l endroit où le propose la deuxième formule, ils sont «partout en même temps» (la mécanique quantique et sa dualité onde-corpuscule )

4 Le vrai composé (celui que l on observe/étudie expérimentalement) est un hybride des formules proposées. l ne faut pas dire que le composé «oscille» entre les deux formules au cours du temps, ou qu une liaison est de «temps en temps» double ou simple l faut dire que la liaison est en permanence une liaison hybride double/simple! Un hybride a une structure «constante». Pour vous aider à comprendre, par analogie, en zoologie, une mule, hybride d un âne et d une jument et à chaque instant une mule ce n est pas un jour une jument et le lendemain un âne! La difficulté en chimie, c est que l on ne sait pas dessiner l hybride (alors que l on sait dessiner une mule ) 18) Une liaison hydrogène? des pointillés, c est la convention usuelle 19) ette liaison hydrogène est vraisemblable car elle unit un oxygène (petit, très électronégatif et deux dnl) à un lui-même déjà lié à un N (petit et très électronégatif) et que ces trois atomes sont visiblement presque alignés dans l espace. Les critères usuels d existence d une liaison hydrogène sont respectés. Quelques composés moléculaires contenant de l iode 20) Pour chacun, si vous pensez qu il est justifié de proposer plusieurs formules mésomères, représentez uniquement les formules mésomères que vous pensez représentatives : on respecte absolument l octet pour, et (duet), l iode peut être hypervalent (cela ne pose pas de problèmes) et on diminue au maximum le nombre de charges formelles

5 21) n s intéresse à un des atomes d une molécule appelé «atome central». Autour de cet atome, les doublets (dl et dnl) vont se repousser les uns les autres et en conséquence ils vont chercher à s éloigner au maximum les uns des autres. 22) Dans l iodométhane 3 (en première approximation, on suppose que le dl avec est aussi répulsif que les dl avec les ) le a un environnement tétraédrique. De même dans l ion periodate 4 le est au centre d un environnement tétraédrique, les 4 liaisons étant strictement équivalentes et donc se repoussant de manière identique. Les angles entre les liaisons sont égaux à 109,5. 23) En s appuyant sur les chémas de Lewis : les longueurs des liaisons dans l acide iodique 3 : deux liaisons doubles et une liaison simple (plus longue que les deux premières). Dans l ion periodate 4 (hybride des quatre formules mésomères présentées) les quatre liaisons sont de même longueur, intermédiaire entre celle d une - et celle d une =. 24) Schémas de Lewis pour les deux molécules l 3 et 5 : l - l l ) Plus hauts dans la classification que l iode, les atomes chlore et fluor sont plus électronégatifs que lui, d où les charges partielles proposées sur le schéma ci-dessus.. 26) n peut proposer la géométrie : etenviron 90 < 90 < 27) Le dnl est plus répulsif que les dl (volume occupé plus important) est donc la géométrie optimale est obtenue en éloignant un peu les quatre liaisons initialement dans le plan horizontal de ce dnl, d où les angles proposés sur la figure (les quatre liaisons initialement

6 dans le plan à 90 les unes des autres se sont donc aussi forcément rapprochées les unes des autres en s éloignant du dnl) 28) Si l on raisonne sur le schéma non déformé, les quatre (1 à 4) vecteurs du plan équatorial s annulent donc la molécule est polaire. 2 3 total La conclusion est la même en tenant compte de la déformation, les quatre vecteurs 1 à 4 donnant un petit vecteur vertical s ajoutant au 5 ème. Quelques propriétés du corps simple 29) n peut proposer : Toxique, rritant Polluant 30) Un «oxydant» est une espèce qui au cours d une réaction chimique va arracher ou plusieurs électrons à un autre composé (réducteur) 31) Le diiode est constitué d atomes d iode qui ont tendance à gagner 1 électron (électronégatif) haque atome d iode est donc potentiellement oxydant. 32) n peut proposer le schéma de Lewis suivant pour l ion triiodure : Les longueurs de liaison sont cohérentes (expérimentalement plus longues que la liaison simple dans le diiode, on évite de proposer une formule avec des liaisons double, triple ou quadruple et on a bien les deux liaisons équivalentes donc de même longueur). Pour la géométrie, le central est de type AX 2 E 3 ; Plusieurs dispositions sont envisageables mais la répulsion des dnl, plus intense que celles exercées par les dl nous pousse à choisir la disposition pour laquelle les 3 dnl sont le plus éloignés possible les uns des autres (à 120 ici) et dans ce cas, on a bien en effet 3 atomes d iode alignés!

7 bien meilleur par exemple que 33) est une sublimation. 34) n peut proposer : Etat gazeux Molécules éloignées, mobiles et désordonnées Etat solide 35) n écrit un tableau d avancement et on détermine l avancement grâce à la relation de Guldberg-Waage en supposant que le système est à l équilibre à l état final. 2(s) = 2(g) E, t = 0 n 0 E n- Q r(e) = K P 2,E P = K n 2 gaz,ert P V = K ξrt P V = K n trouve ξ = 1, mol < n (donc l état final est bien un état d équilibre)! in du corrigé ***