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TRAVAUX DIRIGES : « ATOMES ET MOLECULES » - Cours de

Exercice 1 : Evaluation des énergies d'ionisation successives de l'atome de A-4) En utilisant les règles de Slatercalculer la charge nucléaire Z* ...



Université Pierre et Marie Curie

e/ Calculer ces énergies d'ionisation sachant que l'énergie d'un électron 4s calculée selon la méthode de Slater



TD 1 : Atomistique Orbitales

Énergie d'ionisation



Hydrogéno??des et méthode de Slater

électronique dans laquelle se situe l'électron et 1eV = 1602.10-19 J. Énergie d'ionisation des hydrogénoïdes. La réaction de première ionisation d'un 



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L'énergie de l'hélium ainsi calculée est -74.8 eV. Le potentiel d'ionisation El vaut. 20.4 eV (expérimental 24.5eV). c) Troisième approche: Modèle de Slater 



Calcul de lerreur des mesures dionisation faites avec une chambre

d'ionisation faites avec une chambre à gaz; et nous avons complété cette théorie par un calcul [2] de l'énergie transformée en photons de.



Corrigé

1 janv. 2003 4) Définir l'énergie de première ionisation d'un élément. En utilisant le modèle de Slater et le tableau des coefficients donné ci-après ...



Exercice n°1 : (8 points) Ici absorption de ? à partir du niveau n=2

Be3+ est un hydrogénoïde car il possède un seul électron. c) Définir l'énergie d'ionisation. La calculer pour l'ion Be3+. A quelle longueur d'onde cela.



CORRIGE

Energie d'ionisation de l'hydrogène évaluer l'énergie de troisième ionisation de l'atome Na de numéro atomique Z = 11. On trouve : ... Calcul de E2 :.



X A Rb Rb

Energie de l'électron de l'atome d'hydrogène à 4- Calculer l'énergie d'ionisation de cet hydrogénoïde à partir du dernier niveau d'énergie obtenu.



TRAVAUX DIRIGES - chimie-brierecom

On peut à présent calculer l’énergie de électron dans l’orbitale 3s E n = 13:6 2:202 32 = 7:31 eV Pour ioniser Na en Na+ et donc détacher l’électron le plus externe de Na il faut fournir 7 31 eV Bien qu’approxi-matif ce calcul donne un résultat assez proche de la mesure expérimentale 5 14 eV Exercice 4 2



ENQERGIE D’IONISATION

Tout atome est caractérisé par plusieurs énergies d’ionisation Exemple l’atome d’Argon (Z = 18) La première énergie d’ionisation est l’énergie nécessaire pour arracher le premier électron le moins lié Ar Ar+ + e E i1 = 1576 ev



Université Pierre et Marie Curie - capsulesorbonne-universite

a/ Ecrire les équations de première et de seconde ionisation du calcium Première ionisation : Ca ?Ca++ e-Deuxième ionisation: Ca+? Ca2++e-b/ Donner les configurations électroniques des ions Ca+ et Ca2+ Ca+ : 1s22s22p63s23p64s1 Ca2+ : 1s22s22p63s23p6 c/ Sur la base du modèle de Slater donner l’expression de l’énergie totale de



Hydrogéno??des et méthode de Slater - sorbonne-universitefr

L’énergie de l’électron d‘un hydrogénoïde est donnée par l’expression : ' á( A 8) = ? 13 6 < 6 J 6 où n est le nombre quantique principal (entier positif non nul) qui désigne le numéro de la couche -19 J Énergie d’ionisation des hydrogénoïdes La réaction de première ionisation d’un hydrogénoïde s'écrit : X (Z -1



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1 l’énergie d’ionisation E i s’exprime : E i = E - E 1 = 0 – E 1 d’où E i = - E 1 Attention cette énergie d’ionisation est toujours positive Par exemple l’énergie d’ionisation de l’atome d’hydrogène est E i = 136 eV 9782340-021143_auteur_1 pdf 14 11/04/2017 17:22 9782340-021143_auteur_1 pdf 15 11/04/2017 17:22 14

Comment calculer l'énergie de dernière ionisation ?

La méthode la plus simple est de calculer par simple application du modèle de Bohr l'énergie de dernière ionisation de l'atome de Bore qui est simplement donnée par : E.I.5 = E0* Z2= 13,6 * 25 = 340 eV Cette valeur correspond bien a la valeur expérimentale de la cinquième ionistion de X. X est donc très probablement le Bore B.

Comment calculer l’énergie d’ionisation?

La première énergie d’ionisation est l’énergie nécessaire pour arracher le premier électron le moins lié. Ar Ar+ + e Ei1= 15,76 ev. La deuxième énergie d’ionisation nous permet d’arracher un deuxième électron Ar+ Ar++ + e Ei2 = 27,63 eV.

Quelle est l'énergie de première ionisation ?

L’énergie de première ionisation est la quantité d’énergie nécessaire pour retirer complètement l’électron le plus faiblement lié d’un atome gazeux isolé. Les chimistes représentent généralement les énergies de première ionisation avec des équations chimiques très simplifiées.

Qu'est-ce que l'énergie de deuxième ionisation ?

L’énergie de deuxième ionisation est plus de deux fois plus grande que l’énergie de première ionisation car le deuxième électron est retiré de l’ion H e + au lieu d’un atome d’hélium électriquement neutre. L’énergie de deuxième ionisation est l’énergie nécessaire pour retirer un électron d’un ion gazeux qui possède une charge 1 +.

L1-S1 - CHIM 110 - ATOMES ET MOLECULES - CONTROLE CONTINU

DUREE : 45 minutes

Questionnaire à choix multiple mais à réponse unique. Vous devez choisir la bonne réponse parmis les cinq propositions qui vous sont faites.

CORRIGEDONNEES

Constantes d'écran de Slater

Célérité de la lumière dans le videC = 3 108 m.s-1

Constante de RydbergRH = 1,096 107 m-1

Constante de Planckh = 6,62 10-34 J.s

Charge élémentairee = 1,602 10-19 C

Energie d'ionisation de l'hydrogèneE0 = 13,6 eV = 2,18 10-18 J = 1312 kJ.mol-1 1 / 7 QUESTION 1 :(2 points) Pour l'atome de numéro atomique Z = 42, la configuration

électronique peut s'écrire :

Réponse A : (Kr) 5s2 5p4

Réponse B : (Kr) 4s2 4p4

Réponse C : (Kr) 3d4 4s2

Réponse D : K2 L8 M18 N12 O2

Réponse E : K2 L8 M18 N14

Z = 42 = 36 + 6 = (Kr) + 6

(Kr) 5s2 4d4 (Kr) 4d4 5s2

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3 d10 4s2 4p6 4d4 5 s2

K2 L8 M18 N12 O2

Réponse D : K2 L8 M18 N12 O2

2 / 7 QUESTION 2 : (2 points) Pour un électron de valence de l'atome de numéro atomique Z = 33, la charge nucléaire effective de Slater Z* est :

Réponse A : Z* = 4,55

Réponse B : Z* = 3,3

Réponse C : Z* = 7,5

Réponse D : Z* = 6,3

Réponse E : Z* = 8,45

Z = 33 = 18 + 15 = (Ar) + 15 = (Ar) 4s2 3d10 4 p3 = (Ar) 3d10 4s2 4 p3 groupe1s2s 2p3s 3p3d4s 4p

Effet d'écran sur 4s 4p110,850,850,35

Nombre d'électron total288105

Z* = 33 - ( 10 * 1 ) - (18*0,85 ) - ( 4*0,35 ) = 6,3

Réponse D : Z* = 6,3

QUESTION 3 : (4 points) Par utilisation du modèle de Slater, évaluer l'énergie de troisième ionisation de l'atome Na de numéro atomique Z = 11. On trouve :

Réponse A : E.I3 = 96,5 eV

Réponse B : E.I3 = 71,3 eV

Réponse C : E.I3 = 87,8 eV

Réponse D : E.I3 = 14,2 eV

Réponse E : E.I3 = 25,6 eV

Z=11 = 1s2 2s2 2p6 3s1

Na1s2 2s2 2p6 3s1

Na+1s2 2s2 2p6

Na2+1s2 2s2 2p52 E1 + 7 E2

Na3+1s2 2s2 2p42 E1 + 6 E'2

Na3+1s2 2s2 2p3

Troisième ionisation : passage de Na2+ à Na3+

EI3 = ENa3+ - ENa2+

EI3 = 6 E'2 - 7 E2

En = -E0 Z*2 / n2

3 / 7

Calcul de E2 :

Z* = 11 - ( 6 * 0,35 ) - ( 2 * 0,85 ) = 7,2

E2 = -176,3 eV

Calcul de E'2 :

Z* = 11 - ( 5 * 0,35 ) - ( 2 * 0,85 ) = 7,2 + 0,35 = 7,55

E2 = -193,8 eV

Calcul de EI3 :

EI3 = ( 6 * -176,3 ) - ( 7 * -193,8 ) = 71,3 eV

Réponse B : E.I3 = 71,3 eV

QUESTION 4 : (2 points) Un des atomes suivants possède une énergie de première ionisation anormalement élevée, par comparaison avec l'énergie calculée dans le modèle de Slater. Lequel ?

Réponse A : Bore ( Z = 5)

Réponse B : Carbone (Z = 6)

Réponse C : Azote ( Z = 7)

Réponse D : Oxygène ( Z = 8)

Réponse E : Fluor ( Z = 9)

Une énergie d'ionisation anormalement élevée correspont à une ionisation particulièrement difficile,

l'atome de départ doit donc être très stable, sa couche de valence doit donc comporter soit une sous-

couche totalement remplie, soit une sous-couche à moitié remplie. Parmis les atomes qui nous

interesse ici, seul l'azote est dans ce cas avec sa configuration 2s2 2p3 et sa sous couche p à moitié

remplie.

Réponse C : Azote ( Z = 7)

QUESTION 5 : (2 points) Il existe quatre isotopes différents de l'élément Scandium (Z = 21) notés 44Sc, 45Sc, 46Sc et 47Sc. Un seul de ces isotopes est stable, les trois autres sont radioactifs. On donne la masse molaire atomique du Scandium qui est de 44,95 g.mol-1. Choisir l'unique proposition exacte concernant la stabilité ou le type de radioactivité des quatre isotopes.

44Sc45Sc46Sc47Sc

Réponse Ab+b-stableb+

Réponse Bb-stableb+b+

Réponse Cb-b-stableb+

Réponse Db-stableb+b+

Réponse Eb+stableb-b-

4 / 7 La masse molaire très proche de 45 nous donne la nature de l'isotope stable.45Sc

Les isotopes 46Sc et 47Sc qui " contiennent » des neutrons excédentaires par rapport à 45Sc vont chercher à se stabliser en trans formant un neutron en proton, ce seront donc

des émeteurs b-. L'isotope 44Sc qui " contient » un neutron de moins par rapport à 45Sc va chercher à se stabliser en trans formant un proton en, neutron ce sera donc un émeteur b+.

Réponse E

Remarque : Les réponses B et D étant identiques, elles étaient obligatoirement inexactes et il suffisait donc d'identifier l'isotope stable pour trouver la solution. QUESTION 6 : (3 points) L'électron de l'atome d'Hydrogène en " retombant » de son niveau n = 6 à son niveau n = 3, émet un photon de longueur d'onde :

Réponse A : l = 4800 nm

Réponse B : l = 109,5 nm

Réponse C : l = 1095 nm

Réponse D : l = 480 nm

Réponse E : l = 5950 nm

Formule de Balmer-Rydberg :

1 / l = RH (1/n2 - 1/p2)

1 / l = 1,096 107 ( 1 / 9 - 1 / 36 ) = 913333 m-1

l = 1095 nm

Méthode générale :

DE = Ep - En = -E0/p2 + E0/n2 = E0 (1/n2-1/p2)

DE = h n = h C / l

1 / l = DE / hC = ( E0 / h / C ) * (1/n2-1/p2)

( E0 / h / C ) = 2,18 10-18 / 6,62 10-34 / 3 108 = 1,098 107

1 / l = 1,098 107 ( 1 / 9 - 1 / 36 ) = 915000 m-1

l = 1093 nm Au arrondis près (valeurs de C, h et E0) on obtient bien la même valeur.

Réponse C : l = 1095 nm

5 / 7 QUESTION 7 : (1 point) Pour un électron du niveau de la sous-couche 4d, les valeurs des quatre nombres quantiques n, l, m et s peuvent être : nlms

Couche 4 donc n = 4

l = 0 : s ; l = 1 : p ; l = 2 : d ; l = 4 : f ...

Ici sous-couche d donc l = 2

s = +/- ½

Réponse A

QUESTION 8 : (2 points) A quelle colonne de la classification l'élément dont le schéma de Lewis est le suivant appartient-il ?

Réponse A : Colonne 17

Réponse B : Colonne 16

Réponse C : Colonne 15

Réponse D : Colonne 14

Réponse E : Colonne 13

Configuration s2 p4 = Colonne 16

Réponse B

6 / 7 QUESTION 9 : (2 points) Classer les atomes suivants par ordre croissant de leur rayon atomique : C (Z=6) - O (Z=8) - Mg (Z=12) - Si (Z=14)

Réponse A : RMg < RC < RO < RSi

Réponse B : RC < RMg < RO < RSi

Réponse C : RC < RO < RMg < RSi

Réponse D : RC < RSi < RMg < RO

Réponse E : RO < RC < RSi < RMg

Le rayon atomique varie comme n2/Z*

Sur une ligne Z* augmente régulièrement de gauche à droite et n reste constant, le rayon diminue

donc de gauche à droite sur une même ligne de la classification.

Sur une colonne Z* augmente très légérement de haut en bas puis devient rapidement constant;

tandis que n raugmente de une unité à chaque ligne.L'effet d'augmentation rapide de n (puissance 2)

l'emporte sur la très légère augmentation de Z*. Le rayon augmente donc de haut en bas sur une

même colonne de la classification. C et O sont sur la même ligne 2 .avec O à droite de C : RC > RO Mg et Si sont sur la même ligne 3, avec Si à droite de Mg : RMg > RSi C et Si sont dans la même colonne 14 avec C au dessus de Si : RSi > RC

Réponse E : RO < RC < RSi < RMg

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