Propriétés photocatalytiques de TiO2 nanocristallins dopés par des
29 mars 2018 (Li+ Na+ et K+) et des hétérojonctions à base de sulfures et d'oxydes ... rendement quantique (rapport du nombre d'électrons mesuré.
Corrigé de lépreuve de chimie du BTS 92
Le nombre de masse du sodium vaut 23 ; le noyau comporte donc b) L'atome de sodium électriquement neutre
La liaison chimique Propriétés mécaniques
nombre d'électrons électrons de la dernière couche électronique = ... Na+ unité constitutive = ion. La liaison ionique. La liaison covalente.
Conditions dutilisation des versions électroniques des modules de
nombre réel d'électrons de valence coï ncident. Le cation Na+ a un électron de moins que l'atome de sodium ; il n'a plus d'électron dans.
Effets des ions Mg2+ Na+ et K+ sur la localisation ultrastructurale d
sont pas contrastés ; par contre des précipités se forment sur les tonoplastes d'un grand nombre de vacuoles de l'écorce interne
CORRIGÉ
21 déc. 2017 3) Combien les halogènes possèdent-ils d'électrons de valence ? ... est toujours l'ion Na+ ; de plus on rappelle que l'étain
ch.ci.1:structure de latome et configurations electroniques
il est issu puis enlever ou ajouter le nombre adéquat d'électrons. Les ions Na+ O2-
ÉVALUATION /
b) Quel est le nombre d'électrons de l'ion bromure ? ou ions S Na
Corrigé
2) Combien un atome de titane possède-t-il d'électrons de valence ? Lesquels ? Les électrons de valence sont ceux associés au nombre quantique n principal
on a 4 NaCl par maille ; ? = 2190 kg.m-3 ; les ions en contact sont
les ions en contact sont Na+ et Cl- la somme de leurs c) ? = n.e.u où n est le nombre d'électrons par unité de volume et u leur mobilité ; on calcule n ...
[PDF] Corrigé de lépreuve de chimie du BTS 92 - Nicole Cortial
b) L'atome de sodium électriquement neutre possède autant de protons que d'électrons soit 11 électrons c) La structure électronique de l'atome de sodium estÂ
[PDF] Atomes et ions - Tribu
Ce qui différencie les atomes c'est le nombre de protons et d'électrons Un atome de sodium contient 11 protons (11 charges positives) et 11 électronsÂ
[PDF] QUEST-CE QUUN ION
L'ion sodium possède 11 charges positives et 10 charges négatives Cet ion possède donc 1 charge excédentaire positive La formule de cet ion est Na+ L'ionÂ
Les nombres A et Z
Savoir calculer le nombre de protons de neutrons et d'électrons de n'importe quel atome Accéder à des exercices
[PDF] Corrigé
2) Combien un atome de titane possède-t-il d'électrons de valence ? Lesquels ? Les électrons de valence sont ceux associés au nombre quantique n principalÂ
Structure électronique des atomes et ions - Niveau seconde
17 avr 2017 · Atome Z Structure électronique Hydrogen 1 (K)1 Helium 2 (K)2 Lithium 3 (K)2(L)1 Beryllium 4 (K)2(L)2 Bore 5 (K)2(L)3
[PDF] CHAPITRE IV : La charge électrique et la loi de Coulomb - IIHE
nombre d'électrons n'est plus égal à celui des protons sont appelés ions l'atome de sodium (Na) est pris par l'atome de chlore (Cl) Les ions Na+ etÂ
[PDF] Chapitre III LES CRISTAUX IONIQUES
Chaque cation Na+ est entouré de 6 anions Cl- situés à la même distance a/2 De même chaque anion Cl- est entouré par 6 cations Na+ à la même distance a/2 L'Â
[PDF] 1 Atomistique
L'électron célibataire du sodium a un nombre quantique principal n = 3 un nombre azimutal l = 1 un nombre magnétique m = 0 et un nombre de spin s = +1/2 E
Quel est le nombre d'électrons de Na ?
L'ion sodium est composé de 11 protons, 12 neutrons et 10 électrons. Donner la représentation symbolique de cet ion, sachant que le symbole du sodium est \\ce{Na}.Quelle est la formule de Na+ ?
La formule de l'ion sodium est Na+, sa configuration électronique est : 1s2 2s2 2p6.Quelle est la charge de l'ion Na+ ?
Les ions sodium Na+ portent une charge +1. Les ions chlorure Cl? portent une charge ?1. La matière étant électriquement neutre, il y a autant d'ions sodium que d'ions chlorure dans le chlorure de sodium.- L'ion sodium, de formule Na+, est le cation résultant de la perte d'un électron par un atome de sodium, ce qui lui permet d'atteindre un état électronique plus stable (en l'occurrence, proche de celui du néon, le gaz rare précédant immédiatement le sodium dans le tableau de Mendele?v).
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1/16 Devoir Surveillé n° 3lejeudi15décembre2016CorrigéDuréedudevoir:2heuresL'utilisation de la calculatrice n'est pas autorisée ***************** EXERCICE1:NANOPARTICULESETOXYDEDETITANE/28POINTSPropriétésatomiquesdutitaneVoicilehautdelapagedusitewikipédiaconsacréeautitane: Le titane est l'élément de numéro atomique Z = 22, de symbole Ti. C'est un métal de transition léger, résistant, d'un aspect blanc métallique, et qui résiste à la corrosion. Le titane est principalement utilisé dans les alliages légers et résistants, et son oxyde, TiO2, est utilisé comme pigment blanc. On trouve cet élément dans de nombreux minerais mais ses principales sources sont le rutile et l'anastase. Il appartient au groupe des titanes avec le zirconium (Zr), le hafnium (Hf) et le ruthertfordium (Rf). Les propriétés industriellement intéressantes du titane sont sa résistance à l'érosion et au feu, la biocompatibilité, mais aussi ses propriétés mécaniques (résistance, ductilité, fatigue, etc,...) qui permettent notamment de façonner des pièces fines et légères comme artticles de sport, mais aussi des prothèses orthopédiques. Commençonsparétudierunatomedetitane,isolédanssonétatfondamental.1) Nommereténoncerlarèglequipermetd'obtenirl'ordrederemplissagedesorbitalesatomiquespourobtenirlaconf igurationélec troniqued'unatome.En dédui relaconfigurationélectroniquedutitane.IlfautciterlarègledeKlechkowski:"L'énergiedesorbitalesatomiquesestunefonctioncroissantedelasomme(n+l).A(n+l)donné,l'énergieestunefonctioncroissanteden».
2/16 Dansunatomepolyélectrnoque,lesOAsontrempliesparvaleurd'énergiecroissante,celapermetdedécrirelaconfigurationélectroniquefondamentaledel'atomedetitane:1s22s22p63s23p64s23d2soit:1s22s22p63s23p63d24s2ouencore:[18Ar]3d24s22) Combienunatomedetitanepossède-t-ild'électronsdevalence?Lesquels?Lesélectronsdevalencesontceuxassociésaunombrequantiquenprincipalleplusélevé,etceuxdessous-couches(n-1)dou(n-2)fencoursderemplissage.Ainsi,letitanepossède4électronsdevalence:3d24s23) Combienunatomedetitanepossède-t-ild'électronscélibataires?Justifierenenonçantlarègleutilisée.Les2électronsquipeuplentlasous-couche3doccupentseuls2OAdifférentes,doncilya2électronscélibatairesdansl'atomedetitane.C'estlarègledeHundquipréciseque:"LorsquedesélectronsdoiventoccuperlesOAd'unmêmeniveaud'énergiedégénéré,laconfigurationlaplusstableestobtenueenplaçantlemaximumd'électronsseulsdanschacunedesOAetdanslemêmeétatdespin».4) Proposerunensembledequadrupletsdenombresquantiques(n,l,mletms)quepourraientpossédersimultanémentlesélectronscélibatairesd'unatomedetitane(s'ilyaplusieurspossibilité,n'endonnerqu'uneà votrechoix).Les2électronscélibatairessontdesélectrons3d:ilsontdoncles2mêmesnombresquantiquesnetl;ilssontdanslemêmeétatdespinetvontdoncdifférerparlavaleurdeleurnombrequantiquemagnétiqueml,quiprendrasesvaleursentre-2et+2.Desquatrupletspossiblessontdonc,parexemple:n=3;l=2;ml=2;ms=½etn=3;l=2;ml=1;ms=½n=3;l=2;ml=2;ms=½etn=3;l=2;ml=-2;ms=½n=3;l=2;ml=2;ms=-½etn=3;l=2;ml=1;ms=-½n=3;l=2;ml=0;ms=½etn=3;l=2;ml=1;ms=½...etc...5) Enoncerleprinciped'exclusiondePauli.Leprinciped'exclusiondePauliindiqueque:"Dansunatomepolyélectronique,deuxélectronsnepeuventpasavoirleur4nombresquantiqueségaux».6) Localiserletitanedansla classific ation:nu mérodepériode(c'està diredel igne),numérodecolonne,e njusti fiantavecprécision.Aqu elblocdelac lassification appartient-il?
3/16 Laconfigurationélectroniqueexternedutitaneseterminepar:3d24s2nmax=4doncilappartientà laquatrièmepériode.Ellesetermi nepar:d2doncila ppartient à lasecondecolonnedublocdsoitlaquatrièmecolonnedelaclassification.D'où:Tisetrouveà l'intersectiondela4èmepériodeetdela4èmecolonne."Tiesten4x4».Nousl'avonsdit:Tiappartientaublocd.Unpeuplusloin,à lamêmepageWikipédia:Ontrouveletitanesouslaformede5isotopes:46Ti,47Ti,48Ti,49Ti,50Ti.Le48Tireprésentel'isotopemajoritaireavecuneabondancenaturellede73,8%.46Ti8,0%47Ti7,3%48Ti73,8%49Ti5,5%50Ti5,4%7) Qu'ontencomm un,pa rexemple,lesdeuxi sotopes48Tiet44Ti?Qu'est-cequi lesdifférencie?Donneruneréponsecourtemaistrèsclaire.Lesdeuxisotpoesontencommunlenuméroatomiqueetdonclenombredeprotondunoyau:ilsenpossèdent22etpossèdentaussi22électrons.Cequilesdifférencie?Lenombredeneutron:48Tienpossède(48-22)=26et44Tienpossède(44-22)=22.8) Préparerlecalculquipermetdecalculerlamasseatomiquedutitane,eng.mol-1.Lamassemolaires'obtientenajoutantlamassemolairedesisotopesmultipliéeparleurabondance:MTi= 8 x 46 + 7,3 x 47 + 73,8 x 48 + 5,5 x 49 + 5,4 x 50100M(Ti)=g.mol-1.LecorpssimpleDanslepremierextraitdespropriétéscitéesdutitane,ilestsignalésagrandeductilité.9) Rappelerladéfinitiondelaductilité.Rappelerlesprincipalespropriétésdesmétaux.Citerquelquesunesdespropriétésremarquablesdutitane.
4/16 Laductilitéestlapropriétéd'unmétaldepouvoirêtreétirersouslaformed'unfiltrèsfinsanscasser;ilpeutsedéformersansserompre.Propriétésdesmétaux:MalléablesetductilesOntunéclatmétalliqueSontdebonsconducteursthermiquesetélectriquesOntuneélectronégativitéfaibleetpeuventdonccéderunouplusieursélectrons,cesontdoncdesréducteurs.Ontuneconductivitéquidiminuelorsquelatempératureaugmente.Letitaneestléger,ilrésisteà lacorrosion,etestbiocompatibleparexemple.LezirconiumZrestsousletitanedanslaclassification,d'aprèscesite.10) Quelestlenuméroatomiqueduzirconium?Expliquer.TiapournuméroatomiqueZ=22etpourconfigurationexterne4s23d2.Sousletitane,Zrauralaconfigurationélectronique,supposéesansanomalie,5s24d2Nousauronsd oncremplielasous-couche3d,lasou s-couche5s,ldébu tdelasous -couche4d;po urcela,ilfaut 18électrons(8+ 6+2+2) donclenumér oatomique duzirconiumest:Z=22+18=40.Attention,çasecompliqueraitensuitepourl'élémentsouslezirconiumcarilfaudraiteffectivementtoujoursces18électronsMAISaussiles14delasous-couche4f.Lenumérodel'hafnium,Hf,sousZr,estdonc:40+18+14=72!LesmineraisLesnumérosatomiquesdeCa,deTi,etdeOsontrespectivement20,22donc,et8.11) Letitanepossèdedeuxionstrèscourants.Enexaminantsaconfigurationélectronique,identifierquelssontcesionsdutitane,enjustifiantclairementvotreréponse.Ecrirelaconfigurationélectroniquedecesdeuxions.TiapournuméroatomiqueZ=22etpourconfigurationexterne4s23d2.Onpeutfacilementimaginerqu'ilcèdeles2denombrequantiquenprincipalleplusélevé,soitses2électrons4spourdonnerl'ionTi2+:1s22s22p63s23p63d2ouencore:[18Ar]3d2Encédantaussises2électrons3d,ildeviendraitunionTi4+:1s22s22p63s23p6ouencore:[18Ar]
5/16 12) Enjustifiantvotreréponse,identifiertouslesionsprésentsdanslapérovskiteCaTiO3.Lecalci umestunalcalinoterre uxetdoncilc èdefacile mentses2électrons4spourdonnerl'ionCa2+.L'oxygènevafacilemen tgagn er2él ectronsafind'acquérirlac onfigurationsta blesemblableà celledunéon(Z=10):ildonnel'ionoxydeO2-.Ainsilesionsprésentssont:Ca2+;O2-;etTi4+pouravoiruncristalneutre.LeTiO2estuncomposéchimiquementinerteà hautindicederéfraction,etquiprésenteuneactivitéphoto-catalytique.13) Rappelercequ'estuncatalyseur.Uncatalyseurestuneespècechimiquequivaaugmenterlavitessedelaréactioncarelleintervientaucoursde latransfo rmation;el leestdenouve auintacteà lafinde latransformation.Elleaugmentelavitessemaisnemodifieenrienlebilanfinal:onditqu'ellen'apasd'influencesurl'aspectthermodynamiquedelaréaction.LedioxydedetitaneTiO2estunsemi-conducteur.Soncomportementestdécritvialathéoriedesbandes,quiestunemodélisationdesvaleursdel'énergiequepeuventprendrelesélectronsà l'intérieurdusemi-conducteur.Cesélectronsnepeuventprendrequedesénergiescomprisesdanscertainsintervalles,lesquelssontséparéspardesbandesd'énergie"interdites».Danslecasd'unsemi-conducteurcommeTiO2,le"gap»delabandeinterdite,c'està direl'écartentrelabandedevalencequicontientlesélectronsetlabandedeconductiondanslaquellecesélectronspeuventêtrepromus,estassezpetit:ilvaut3,45eV.14) Quelleestlalongueurd'onde λdelaradiationcapabled'apporterces3,45eVà l'électronpourlepromouvoir?Vousferezuncalculapproximatif.Aquelledomaineduspectreélectromagnétiqueappartientcetteradiation?Donnéespourcettequestion:• Céléritédelalumière:c=3,00.108m.s-1• ConstantedePlanck:h=6,62.10-34J.s• 1eV=1,6.10-19Jλ
7/16 Lebilanglobaldelaréactionest:RH+O2=ROOHL'approximationdesétatsquasistationnair es(AEQS) peutêtreappli quéeauxintermédairesréactionnelsR•etROO•.16) Enappliquantl'AEQSauxinte rmédiairescités,ét ablirquelavitessed'a utoxydation v=-d[RH]/dtestdupremierordreenRHetnedépendpasdelaconcentrationendioxygènelorsquev1estnégligeabledevantlesautresprocessus.Appliquonsl'AEQSaux2IR:í µ[í µâˆ™]í µí µ=0=í µ!- í µ!í µâˆ™í µ!+ í µ!í µí µí µâˆ™í µí µí µ[í µí µí µâˆ™]í µí µ=0= í µ!í µâˆ™í µ!- í µ!í µí µí µâˆ™í µí µ-2í µ!í µí µí µâˆ™!AEQSglobale:0= í µ!-2í µ!í µí µí µâˆ™!Alors:í µí µí µâˆ™=í µ!2í µ!ExprimonsparailleurslavitessededisparitiondeRH:í µ= -í µ[í µí µ]í µí µ=í µ!+ í µ!í µí µí µâˆ™í µí µSoit:í µ= -í µ[í µí µ]í µí µ=í µ!+ í µ!í µ!2í µ!í µí µSií µ!≪ í µ!!!!!!í µí µalors:í µ= -![!"]!"= í µ!!!!!!í µí µCommev1estconstante,laréactionestbiend'ordre1parrapportà RHdanscecas,etellenedépendpasdelaconcentrationendioxygène.Enfa it,celasignifie quel'étape(1)i nitielaréactionetqu'nes uitenousav onsuneséquenceferméede2étap esoùestIRforméest consommé etrég énéréetcetteséquencepeutseproduireu ntrèstrèsgrandno mbred efoisindépendemment desétapes(1)et(4).
8/16 EXERCICE2:AUTOURDESCOMPOSESHALOGENES/17POINTSGénéralitéssurlafamilledeshalogène s:F (fluor ),Cl(chlore),Br(brome),I(iode)maisaussiAt(astate)etTs(Tennessine).1) Dansletableauà 18colonnes,rappeleroùsontsituésleshalogènes.Leshalogènes appartiennentà l'avant dernièrecolonne,lacolonnen°17,delaclassification,suivantlanumérotationdel'IUPAC.2) Ecrirelaconfigurationélectroniquefondamentaledel'atomed'iode,I,qui,onlerappelle,estlequatrièmedeshalogènes.Quelssontsesélectronsdevalence?L'iodeestlequatrièmehalogène.Iln'yapasd'halogènedanslapremièrepériodedonclequatrièmehalogèneestdansla5èmepériode.Commelaconfigurationélectroniqueexternedeshalogènessetermineenns2np5,laconfigurationdel'iodeestdonc:1s22s2............jusqu'à ...........5s25p5soit:1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p51s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p5ou,enréordonnantlesélectronsparcouche:1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p5L'iodepossède7électronsdevalence:5s25p5Rem:lenuméroatomiquedel'iodeestdoncZ=53.3) Quellesentitésmicroscopiquestrouvent-t-ondanslescorpssimplesdeshalogènesetpourquoilesatomess'associent-ilsainsi?Lesentitésmicroscopiquesquel'ontrouvedanslescorpssimplessontlesmoléculesX2.Lesatomess'associentainsiparcequepossédant7électronsdevalence,l'associationavecuneaut remoléculel eurpermetde réaliserleuroctetd'électrons,cequieststabilisantetleurconfèreunegrandestabilité.
9/16 4) CommentexpliquerlastabilitédesionshalogénureX-?Avecunélectronsupplémentaire,leshalogènessontprésentssouslaformestabledesionshalognéu rescarilsontainsiuneconfiguration électroniquens2np6particulièrementstable,commelesatomesdesgazrares.5) Donnerladéfinitionqualitativedel'électronégativitéχd'unélémentchimique.Commentvariel'électr onégativitédesélémentsenfonctiondelaplacequ 'ilsoccup entdanslaclassificationpériodique?Quelestl'élémentleplusélectronégatif?L'électronégativitéd'unélémentchimiquetraduitl'aptituded'unatomedelui-cià attirerà luilesélectronsdesliaisonsauxquelsilparticipedansunédificepolyatomique.6) Aquidoit-onuneéchelled'électronégativitécourammentutiliséeenchimie?C'estl'échelledePauling,baséesurlesénergiesdeliaison,quiesttrèsutiliséeenchimie,etparticulièrementenchimieorganique.Ilexisteuneautreéchelled'électronégativité,l'échelledeAllred-Rochow,moinsutiliséparleschimistescependant.Danscette échelle,onsuppose quel'électronégativitédel' élémen testd'autantplusgrandequelechampélectrostatiqueà lapériphériedel'atomeestplusgrand,etquecechampestproportionnelà Z*/r2,Z*étantlachargenucléaireeffectiveressentieà lapériphérieetrlerayoncovalentdel'atome.7) Commentvarielerayoncovalentdanslacolonnedeshalogènes?Danslacolonnedeshalogènes,lerayoncovalentaugmentedeheutenbas:r(F) 10/16 d'écranindividuelσidechaqueélectronpeutêtreévaluéà partirdesrèglesdeSlater.Pourunélectronoccupantuneorbitaleatomiquensounp(n>1),l'écrantagedûà unélectronsituédansuneorbitaleatomiquedenombrequantiqueprincipaln'est:n'nσi10,850,350Tablesdeconstantesenfonctiondunombrequantiqueprincipaln9) Déterminerlachargenucléaire effectivepourunélect ro ndevalencedechlore.Conclusion?Configurationdel'atomedechlore:1s22s22p63s23p5Ilya7électronsdevalence:1s22s22p63s23p5Ilyaalorscetélectronparmiles7etles6autres:1s22s22p6(3sou3p)6+1Effetd'écranexercéparles6électrons(3sou3p)=6x0,35Effetd'écranexercéparles8électrons(2sou2p)=8x0,85Effetd'écranexercéparles2électrons(1s)=2x1Constanted'écrantotal:σ=6x0,35+8x0,85+2x1=10,9D'où,lachargenucléaireeffectiveressentieparunélectrondevalenceduchloreest:Z*=17-10,9=6,1Elleestrelativementfaible,comparéeà 17:ellereprésenteseulementunpeuplusd'1/3delachargeréelle.Danslafamilledeshalogènes,lebrome...Lebromeappartientà laquatrièmepériodedutableau.10) Quellelaconfigurationélectroniquedevalencedel'atomedebrome?Lebrome estaudessusde idanslaclass ificati on;sa configura tionélectroniquedevalenceest:4s24p5Ledibrom en'existepasà l'étatnaturel.Ilestsynthéti séà parti rdel'oxy dationdesionsbromuresBr-contenusdansl'eaudemerparledichlore.Danslesconditionsnormalesdetempératureetdepression,ledibromeestliquide.11) Dansquelétatphysiquesontledichloreetlediiodedanslesmêmesconditions?
11/16 Ledichloreestungazverdâtreetlediiodeestunsolideviolet,auxrefletsbrillants.12) ProposerleschémadeLewisdelamoléculededibrome.Br2:2x7=1414/2=7doublets:Lebromeexistedansunemultitudedestructuresdifférentes.Parexemple:BrO-,BrF5,PBr3ouBrO4-.13) ProposerunestrcturedeLewispources4espèces.EspèceNombred'é-devalenceNombrededoubletsSchémasdeLewisBrO-147BrF54221PBr32613BrO4-3216Composéshalogénésdelacolonne15(N,P,As)NI3estuncomposétrèsinstablemaisquinéanmoinsexisteetpeutêtrepréparéavecd'infiniesprécautionsaulaboratoire.14) ProposerunereprésentationdeLewisdecettemolécule(N:Z=7).
12/16 PBr32613NI3261315) Pourqueller aisonlescompos éshalogénésduphosphore( Z=15)oudel'arsenic(Z=33),situésdanslamêmecolonnequel'azoteN,peuvent-ilsconduireà desédificespossédant5ou6liaisonscovalentesalorsquecesmêmesédificesnepeuventpasêtreobtenusavecl'azote?Nnepossèdepasd'orbitalesatomiques"d»susceptiblesd'accueillirdesélectrons,alorsquePetAsenpossèdent(respectivementlesOA3det4d):PetAssonthypervalents,etpasN.Ilspeuventdoncavoirplusde8électronsautourd'eux.EXERCICE3:LARUEEVERSLENANO-OR/9POINTSL'orapournuméroatomiqueZ=79.L'oradespropriétéstrèsdifférentesdesautresmétauxdelaclassificationpériodique.Parexemple,sacouleurcaractéristique,jaune,ledistinguedesmétauxquil'entourent(Pd,Ag,Cd,Pt,Hg)lesquelsprésententtousunaspectargenté.Deplus,l'orpossèdequelquespropriétésexceptionnelles:• l'élémentorestlemétalleplusélectronégatifdanslaclassificationdePAULINGavecuneélectronégativitéde2,4;• l'orestfacilementréduit;• lesvapeursd'orsontconstituéesdemoléculesdiatomiquesdontl'énergiededissociationestélevée(221kJ.mol-1)etbienplusélevéequecellesdenombreusesmoléculesdiatomiquesnonmétalliques(parexempleI2);L'ensembledesespropriétésfontainsidel'orunmétaluniquedanslaclassificationpériodique.Nousallonsessayerdedéterminerdanscettepartiequelquescausesdeceparticularisme.1) Rappelerlaconfigurationélectroniquedel'atomed'ordanssonétatfondamentalensupposantquel'orvérifielarègledeKlechkowski.
13/16 Sansanomalie,laconfigurationélectroniquefondamentaledel'atomed'orest:1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d9ou,enréordonnantlesélectronsparcouche:1s22s22p63s23p63d104s24p64d104d145s25p65d96s22) Enfa it,l'orprésenteune anomalie:pr oposerlaconfigurationélec troniquel aplusprobable,enjustifiantbrièvementvotreréponse.Lasou s-couche5dseraco mplèteav ecunélectronde plusdoncl'anomaliees tcertainementledéplacementd'unélectrondelasous-couche6sverslasous-couche5d,alorspleine,cequieststabilisant.Configurationréelle:1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s14f145d10ou,enréordonnantlesélectronsparcouche:1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s13) Quelleestainsilaconfigurationélectroniquedel'étatfondamentaldel'ionAu+?Configurationdel'ionAu+(attendue):1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d10Configurationdel'anionAu-(quipeutexister,cequiestrarechezlesmétaux):1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s24) Citerdeuxélémen tsquiontun eélectronégativitétrèsproc hedecell edel'or, dontl'électronégativitéestanormalementélevéepourunmétal.Citonsl'hydrogèneH:χP(H)=2,20CitonslecarboneC:χP(C)=2,55Dufaitde sesprop riétéséle ctroniques, optiquesetchimiquesparticulièr es,lesnanoparticulesd'orconstituentunsujetderecherchecontemporaintrèsactif.Enfait,les
14/16 nanoparticulesd'orsontutiliséesdepuisl'Antiquitécomm ecolorantduverreoudecéramiques(cf.parexemplelepourpredeCassius).Unedesconséquencesdelapetitetailledecesparticulesd'orestqueleurcouleurvarieavecleurtaille.Nousallonsdanscequisuitnousintéresserà uneautrepropriétéquiestfonctiondeceparamètre:l'activitécatalytiquedel'or.Rôle des nanoparticules d'or dans les pots catalytiques L'or, qui est le métal le plus noble, a longtemps été considéré comme catalytiquement inactif. C'est en 1987 que le groupe du Dr. Haruta découvre les propriétés catalytiques tout à fait remarquables de l'or dans la réaction d'oxydation de CO (CO + ½O2 → CO2) à basse température, entre 25 et 70°C, réaction qu'aucun autre métal n'était capable de catalyser à de telles températures. La clé de cette découverte fut la capacit é de ce groupe à prépar er des nanopart icules d'or, supportées sur des oxydes réductibles ( TiO2, Fe 2O3), grâce à la mise au point de méthod es de préparatio n (co-précipitation et dépôt-précipitation) autres que les méthodes classi ques d'imprégnation util isées jusqu'alors. [...]. Les nanoparticules d'or permettent également la réduction des NOx en diazote. 5) EcrirelaconfigurationélectroniquefondamentaledeC(Z=6)etO(Z=8).C:1s22s22p2O:1s22s22p46) ProposerleschémadeLewisdeCOetceluideCO2enrespectantlarègledel'octet.EspèceNombred'é-devalenceNombrededoubletsSchémasdeLewisCO105CO2168NOx désigne des oxydes d'azote, comme NO ou NO2. 7) ProposerunschémadeLewispourlamoléculeNO2.Commentappelle-t-onuneespècetellequeNO2?Quelleestsapropriétémagnétique?EspèceNombred'é-devalenceNombrededoubletsSchémasdeLewisNO2178doubletset1électronIlfautsurtouts'assurerqu'aucunatomenesoitentourédeplusde8électrons
15/16 D'une manière générale, l'efficacité des nanoparticules en catalyse provient en partie de leur très grande surfac e utile par rapport à leur volume. Par ailleurs, les nanopar ticules d'or sont économiquement plus intéressantes que le platine qui coûte très cher et qui est moins abondant. Document 1 : L'or en catalyse : influence de la température, du support et de la quantité et de la taille des clusters Un cluster d'or est une nanoparticule d'or. Document 1 : L'or en catalyse : influence de la température, et du support www.theses.ulaval.ca/2008/25081/25081.pdf Le taux de conversion correspond au pourcentage de réactif consommé par une transformation chimique. Document 2 : L'or en catalyse : influence de la quantité et de la taille des clusters L'oxydation de CO n'a pas lieu sur or massif, par contre si l'or est dispersé sur un support sous forme de nanoparticules, une activité extraordinaire a été observée. Valden et ses collaborateurs ont étudié la cinétique de l'oxydation du CO à basse température sur des clusters d'or de différentes tailles supportés sur titane en couches minces. Ils ont observé une dépendance forte du TOF et de l'énergie d'activation avec la taille des clusters d'or.
16/16 8) D'aprèscesdeuxdocuments,quellessontlesconditionspouravoirdesnanoparticulesayantlameilleureactivitécatalytique?Ilsembleraitquelesconditionsoptimalessoient:2,4%de Audépos ésurTiO2pouravoir unebonneactivitécata lytiq ueà basse températureDesclustersd'unetaillevoisinede3,5nmpouravoirunTOFmaximal.Findel'énoncéTOF=TurnOverFrequency:nombredemoléculesconvertiesparunitédetempsetparsiteactif
quotesdbs_dbs30.pdfusesText_36
10/16 d'écranindividuelσidechaqueélectronpeutêtreévaluéà partirdesrèglesdeSlater.Pourunélectronoccupantuneorbitaleatomiquensounp(n>1),l'écrantagedûà unélectronsituédansuneorbitaleatomiquedenombrequantiqueprincipaln'est:n'nσi10,850,350Tablesdeconstantesenfonctiondunombrequantiqueprincipaln9) Déterminerlachargenucléaire effectivepourunélect ro ndevalencedechlore.Conclusion?Configurationdel'atomedechlore:1s22s22p63s23p5Ilya7électronsdevalence:1s22s22p63s23p5Ilyaalorscetélectronparmiles7etles6autres:1s22s22p6(3sou3p)6+1Effetd'écranexercéparles6électrons(3sou3p)=6x0,35Effetd'écranexercéparles8électrons(2sou2p)=8x0,85Effetd'écranexercéparles2électrons(1s)=2x1Constanted'écrantotal:σ=6x0,35+8x0,85+2x1=10,9D'où,lachargenucléaireeffectiveressentieparunélectrondevalenceduchloreest:Z*=17-10,9=6,1Elleestrelativementfaible,comparéeà 17:ellereprésenteseulementunpeuplusd'1/3delachargeréelle.Danslafamilledeshalogènes,lebrome...Lebromeappartientà laquatrièmepériodedutableau.10) Quellelaconfigurationélectroniquedevalencedel'atomedebrome?Lebrome estaudessusde idanslaclass ificati on;sa configura tionélectroniquedevalenceest:4s24p5Ledibrom en'existepasà l'étatnaturel.Ilestsynthéti séà parti rdel'oxy dationdesionsbromuresBr-contenusdansl'eaudemerparledichlore.Danslesconditionsnormalesdetempératureetdepression,ledibromeestliquide.11) Dansquelétatphysiquesontledichloreetlediiodedanslesmêmesconditions?
11/16 Ledichloreestungazverdâtreetlediiodeestunsolideviolet,auxrefletsbrillants.12) ProposerleschémadeLewisdelamoléculededibrome.Br2:2x7=1414/2=7doublets:Lebromeexistedansunemultitudedestructuresdifférentes.Parexemple:BrO-,BrF5,PBr3ouBrO4-.13) ProposerunestrcturedeLewispources4espèces.EspèceNombred'é-devalenceNombrededoubletsSchémasdeLewisBrO-147BrF54221PBr32613BrO4-3216Composéshalogénésdelacolonne15(N,P,As)NI3estuncomposétrèsinstablemaisquinéanmoinsexisteetpeutêtrepréparéavecd'infiniesprécautionsaulaboratoire.14) ProposerunereprésentationdeLewisdecettemolécule(N:Z=7).
12/16 PBr32613NI3261315) Pourqueller aisonlescompos éshalogénésduphosphore( Z=15)oudel'arsenic(Z=33),situésdanslamêmecolonnequel'azoteN,peuvent-ilsconduireà desédificespossédant5ou6liaisonscovalentesalorsquecesmêmesédificesnepeuventpasêtreobtenusavecl'azote?Nnepossèdepasd'orbitalesatomiques"d»susceptiblesd'accueillirdesélectrons,alorsquePetAsenpossèdent(respectivementlesOA3det4d):PetAssonthypervalents,etpasN.Ilspeuventdoncavoirplusde8électronsautourd'eux.EXERCICE3:LARUEEVERSLENANO-OR/9POINTSL'orapournuméroatomiqueZ=79.L'oradespropriétéstrèsdifférentesdesautresmétauxdelaclassificationpériodique.Parexemple,sacouleurcaractéristique,jaune,ledistinguedesmétauxquil'entourent(Pd,Ag,Cd,Pt,Hg)lesquelsprésententtousunaspectargenté.Deplus,l'orpossèdequelquespropriétésexceptionnelles:• l'élémentorestlemétalleplusélectronégatifdanslaclassificationdePAULINGavecuneélectronégativitéde2,4;• l'orestfacilementréduit;• lesvapeursd'orsontconstituéesdemoléculesdiatomiquesdontl'énergiededissociationestélevée(221kJ.mol-1)etbienplusélevéequecellesdenombreusesmoléculesdiatomiquesnonmétalliques(parexempleI2);L'ensembledesespropriétésfontainsidel'orunmétaluniquedanslaclassificationpériodique.Nousallonsessayerdedéterminerdanscettepartiequelquescausesdeceparticularisme.1) Rappelerlaconfigurationélectroniquedel'atomed'ordanssonétatfondamentalensupposantquel'orvérifielarègledeKlechkowski.
13/16 Sansanomalie,laconfigurationélectroniquefondamentaledel'atomed'orest:1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d9ou,enréordonnantlesélectronsparcouche:1s22s22p63s23p63d104s24p64d104d145s25p65d96s22) Enfa it,l'orprésenteune anomalie:pr oposerlaconfigurationélec troniquel aplusprobable,enjustifiantbrièvementvotreréponse.Lasou s-couche5dseraco mplèteav ecunélectronde plusdoncl'anomaliees tcertainementledéplacementd'unélectrondelasous-couche6sverslasous-couche5d,alorspleine,cequieststabilisant.Configurationréelle:1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s14f145d10ou,enréordonnantlesélectronsparcouche:1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s13) Quelleestainsilaconfigurationélectroniquedel'étatfondamentaldel'ionAu+?Configurationdel'ionAu+(attendue):1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d10Configurationdel'anionAu-(quipeutexister,cequiestrarechezlesmétaux):1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s24) Citerdeuxélémen tsquiontun eélectronégativitétrèsproc hedecell edel'or, dontl'électronégativitéestanormalementélevéepourunmétal.Citonsl'hydrogèneH:χP(H)=2,20CitonslecarboneC:χP(C)=2,55Dufaitde sesprop riétéséle ctroniques, optiquesetchimiquesparticulièr es,lesnanoparticulesd'orconstituentunsujetderecherchecontemporaintrèsactif.Enfait,les
14/16 nanoparticulesd'orsontutiliséesdepuisl'Antiquitécomm ecolorantduverreoudecéramiques(cf.parexemplelepourpredeCassius).Unedesconséquencesdelapetitetailledecesparticulesd'orestqueleurcouleurvarieavecleurtaille.Nousallonsdanscequisuitnousintéresserà uneautrepropriétéquiestfonctiondeceparamètre:l'activitécatalytiquedel'or.Rôle des nanoparticules d'or dans les pots catalytiques L'or, qui est le métal le plus noble, a longtemps été considéré comme catalytiquement inactif. C'est en 1987 que le groupe du Dr. Haruta découvre les propriétés catalytiques tout à fait remarquables de l'or dans la réaction d'oxydation de CO (CO + ½O2 → CO2) à basse température, entre 25 et 70°C, réaction qu'aucun autre métal n'était capable de catalyser à de telles températures. La clé de cette découverte fut la capacit é de ce groupe à prépar er des nanopart icules d'or, supportées sur des oxydes réductibles ( TiO2, Fe 2O3), grâce à la mise au point de méthod es de préparatio n (co-précipitation et dépôt-précipitation) autres que les méthodes classi ques d'imprégnation util isées jusqu'alors. [...]. Les nanoparticules d'or permettent également la réduction des NOx en diazote. 5) EcrirelaconfigurationélectroniquefondamentaledeC(Z=6)etO(Z=8).C:1s22s22p2O:1s22s22p46) ProposerleschémadeLewisdeCOetceluideCO2enrespectantlarègledel'octet.EspèceNombred'é-devalenceNombrededoubletsSchémasdeLewisCO105CO2168NOx désigne des oxydes d'azote, comme NO ou NO2. 7) ProposerunschémadeLewispourlamoléculeNO2.Commentappelle-t-onuneespècetellequeNO2?Quelleestsapropriétémagnétique?EspèceNombred'é-devalenceNombrededoubletsSchémasdeLewisNO2178doubletset1électronIlfautsurtouts'assurerqu'aucunatomenesoitentourédeplusde8électrons
15/16 D'une manière générale, l'efficacité des nanoparticules en catalyse provient en partie de leur très grande surfac e utile par rapport à leur volume. Par ailleurs, les nanopar ticules d'or sont économiquement plus intéressantes que le platine qui coûte très cher et qui est moins abondant. Document 1 : L'or en catalyse : influence de la température, du support et de la quantité et de la taille des clusters Un cluster d'or est une nanoparticule d'or. Document 1 : L'or en catalyse : influence de la température, et du support www.theses.ulaval.ca/2008/25081/25081.pdf Le taux de conversion correspond au pourcentage de réactif consommé par une transformation chimique. Document 2 : L'or en catalyse : influence de la quantité et de la taille des clusters L'oxydation de CO n'a pas lieu sur or massif, par contre si l'or est dispersé sur un support sous forme de nanoparticules, une activité extraordinaire a été observée. Valden et ses collaborateurs ont étudié la cinétique de l'oxydation du CO à basse température sur des clusters d'or de différentes tailles supportés sur titane en couches minces. Ils ont observé une dépendance forte du TOF et de l'énergie d'activation avec la taille des clusters d'or.
16/16 8) D'aprèscesdeuxdocuments,quellessontlesconditionspouravoirdesnanoparticulesayantlameilleureactivitécatalytique?Ilsembleraitquelesconditionsoptimalessoient:2,4%de Audépos ésurTiO2pouravoir unebonneactivitécata lytiq ueà basse températureDesclustersd'unetaillevoisinede3,5nmpouravoirunTOFmaximal.Findel'énoncéTOF=TurnOverFrequency:nombredemoléculesconvertiesparunitédetempsetparsiteactif
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