mathématiques au cycle 4 - motivation engagement
https://maths.ac-creteil.fr/IMG/pdf/brochure_cyc60fb.pdf
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Votre manuel de Français 3e est construit pour préparer les élèves à Ainsi lecteur
Chapitre CHIMIE – Comment identifier les IONS présents dans une
Comment utiliser des test de reconnaissance pour identifier les ions présents dans des solutions dont on ne connaît pas le nom. Rappel 3ème Cours précédents
LETTRES - TEXTES INÉDITS TÉMOIGNAGES
rempli par ses devoirs de religieux et d'enseignant a été encore grignoté par une multitude de Un groupe s'approcha de moi : ils étaient trois.
PGE PGO
Annales du concours 2012. PASSERELLE. 13 Grandes Écoles de Management un concours commun. Passerelle 1. Niveau Bac + 2. Admission en 1re année d'ESC.
Phrases qu´on utilise en classe.
Qui n´a pas fait les devoirs ? - Donnez-moi vos cahier d´exercices je vais les corriger. - On va faire un exercice d´écoute travailler avec l´ordinateur
FICHE METHODE : LA DEMARCHE SCIENTIFIQUE
« Je pense que…. » 3ème étape : PROPOSITION. D'EXPERIENCE. • Vous devez proposer une expérience en rédigeant un.
Français 201
Elle est la seule femme scientifique à avoir reçu deux prix Nobel en chimie et en physique. e. Il était un inventeur et ingénieur d'origine serbe. Il a
Corrigé
3) Combien un atome de titane possède-t-il d'électrons célibataires ? Justifier en enonçant la règle utilisée. Les 2 électrons qui peuplent la sous-couche 3d
Corrigé TD Biologie Nutrition-alimentation Technologies et
2. Complétez le schéma suivant avec les termes de la colonne de gauche de l'exercice précédent. 3. Nommez pour chacune des situations suivantes
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
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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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