Chimie generale en 30 fiches

FICHE

I

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Structure de l’atome

Composition d’un atome nuage d’électrons (chargés

noyau

Z protons(chargés ) N neutrons (neutres)

)

A nucléons

Symbole : ZA X X = nom de l’élément chimique • Z = numéro atomique et A = nombre de masse Un atome étant électriquement neutre, le nombre d’électrons est égal au nombre de protons. • anion = atome ou groupe d’atomes portant une ou plusieurs charge(s) négative(s) (le nombre de charges (–) doit figurer). • cation = atome ou groupe d’atomes portant une ou plusieurs charge(s) positive(s) (le nombre de charges (+) doit figurer).

II Couches et sous-couches électroniques • Couches électroniques Les électrons se déplacent sur des couches électroniques, caractérisées par leur nombre quantique principal n. n = entier positif non nul : n = 1, 2, 3, etc. n =3 n =2 n =1

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Plus n est élevé, plus la couche est éloignée du noyau

1 • Sous-couches électroniques Chaque couche se subdivise en une ou plusieurs sous-couches, dont la forme est caractérisée par le nombre quantique secondaire l. l = entier tel que : 0
l
n − 1 • • •

l = 0 : sous-couche de type s l = 1 : sous-couche de type p l = 2 : sous-couche de type d Exemple Soit la couche n = 2 ; on a l = 0 ou l = 1 : la couche n = 2 est donc constituée de deux sous-couches notées (2s) et (2p).

• Orientation des sous-couches électroniques Une sous-couche est formée de une ou plusieurs orbitales, caractérisées chacune par le nombre quantique magnétique m. m = entier tel que : −l
m
+l On peut associer à chaque orbitale une case quantique :

type s m=0 une orientation

© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.

•

type p m = –1 ; 0 ou 1 trois orientations

type d m = –2 ; –1 ; 0 ; 1 ou 2 cinq orientations

Spin d’un électron

1 Tout électron est caractérisé par son nombre quantique de spin s : s = ± . 2

III Répartition des électrons • Règles de remplissage Selon la forme de la sous-couche il y a un nombre limité d’électrons. • sous-couche de type s : 2 électrons maximum • sous-couche de type p : 6 électrons maximum • sous-couche de type d : 10 électrons maximum Tant que Z n’est pas trop élevé, les électrons doivent garnir complètement les souscouches dans l’ordre suivant : (1s) (2s) (2p) (3s) (3p) (4s) (3d) (4p) … Quelques exceptions existent (l’atome de chrome, par exemple). FICHE 1 – Structure de l’atome

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•

Configuration électronique : elle donne la répartition des électrons sur les souscouches Exemple de l’atome d’oxygène (1s)2

•

(2s)2

(2p)4

Couche de valence : c’est la dernière couche occupée. Exemple de l’atome d’oxygène (1s)2

(2s)2

(2p)4

• Répartition des électrons dans les cases quantiques Règle : les électrons doivent garnir le plus possible de cases quantiques avec un maximum de 2 par case. L’intérêt des cases quantiques est de déduire le nombre d’électrons célibataires ou appariés Exemple de l’atome d’oxygène ••

••

•• •

•

Atome de potassium 1. Donnez la configuration électronique de l’atome de potassium (Z = 19) ; justifiez le fait que le dernier électron a pour nombre quantiques (n = 4 ; l = 0 ; m = 0 ; 1 s = ). 2 2. Cet atome possède 20 neutrons ; donnez son symbole.

Solution 1. (1s)2 (2s)2 (2p)6 (3s)2 (3p)6 (4s)1 Le dernier électron est sur une sous-couche (4s), donc n = 4 ; l = 0. l = 0 implique 1 que m = 0 ; enfin, pour un électron, s = ± 2 2. L’élément chimique potassium a pour symbole K. Z = 19 ; N = 20 donc A = 39 nucléons d’où : 39 19 K.

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1 Configurations électroniques 1. Donnez la configuration électronique des espèces chimiques indiquées ci-dessous, en précisant à chaque fois la couche de valence et le nombre d’électrons célibataires. O (Z = 8) ; Al (Z = 13) 2. Donnez la configuration électronique de l’espèce chimique Cl–.

Solution 1. Les couches de valence sont soulignées ci-dessous. O: Z =8 (1s)2 (2s)2 (2p)4 •• •• • (2 électrons célibataires) • Al : Z = 13 (1s)2 (2s)2 (2p)6 (3s)2 (3p)1 • • (1 électron célibataire) 2. Cl : Z = 17 (1s)2 (2s)2 (2p)6 (3s)2 (3p)5 Cl– : 17 + 1 = 18 électrons : (1s)2 (2s)2 (2p)6 (3s)2 (3p)6

•

Probabilité de présence d’un électron On peut montrer que la probabilité p de présence en un point d’un électron appartenant à une sous-couche (1s) ne dépend que de sa distance r au centre du noyau et du numéro atomique Z de l’atome considéré. On a : −2×Z ×r

© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.

p = K × r 2 × e( a0 ) avec K = constante et a0 = 52,9 × 10−12 m . Déterminez la valeur de r pour laquelle la probabilité de trouver l’électron est la plus grande dans le cas de l’atome d’hydrogène (Z = 1).

Solution  dp =0 Z = 1 donc p = K × r × e ; p maximale si dr     −2×r −2×r dp −2 = K × 2 × r × e( a0 ) + K × r 2 × × e( a0 ) . Or dr a0     −2×r −2×r dp 2 = 0 équivaut à : K × 2 × r × e( a0 ) = K × r 2 × × e( a0 ) dr a0 Il reste : r = a0 = 52,9 × 10−12 m . 2

( −2×r a )



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FICHE 1 – Structure de l’atome

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