TD 1 Atomistique corrigé
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Visibilité Visibility: Archive publique
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Description
Philippe APLINCOURT
Master 1 MEEF Physique-Chimie
TD 1
Atomistique
Spectre de l’atome d’hydrogène
1.
La configuration de l’atome d’hydrogène est 1s1. L’électron se trouve donc sur la couche n = 1. L’énergie
d’ionisation Ei est l’énergie nécessaire pour arracher l’électron de l’atome (donc pour l’amener sur la couche n = ).
Elle se calcule donc alors :
R H .h.c R H .h.c
E i = E − E1 = − + = R H .h.c = 1,097.107 * 6,62.10− 34 * 3.108 A.N. : Ei = 2,1.10-18 J = 13,5 eV
2
1 2
2.
Les raies de Lyman correspondent au passage d’un électron d’un niveau supérieur vers l’état fondamental. L’énergie
de la transition s’écrit alors :
R H .h.c R H .h.c 1
E Lyman = E1 − E n = − + = R H .h.c.1 − 2
n
2 2
1 n
h.c
Or, E Lyman =
Lyman
h.c h.c n2
Lyman = = Lyman =
D’où
E Lyman 1
R H .h.c.1 − 2
( )
RH. n2 − 1
n
3.
La raie Lyman se situe dans le domaine des Ultraviolets (U.V.).
1 1 1 1
= =1− n=
1 n 2
R H . 1−
1
R H .1 − 2
n R H .
A.N. : n = 2
La raie de Lyman correspond à la transition entre le niveau fondamental et le premier état excité.
4.
L’énergie du photon correspondant se calcule :
h.c 6,62.10−34 * 3.108
E Lyman = = A.N. : E = 1,63.10-18 J = 10,2 eV
Lyman 121,5.10− 9
Philippe APLINCOURT
Master 1 MEEF Physique-Chimie
Nombres quantiques
1.
Par définition :
• n est un entier positif
• 0ℓ<n
• - ℓ mℓ ℓ
• ms = ½
L’état d’un électron ne peut donc pas être décrit par les quadruplets suivants :
• (2, 2, 2, + ½) car ℓ = n
• (4, 0, -1, -½) car mℓ ne peut prendre que la valeur 0 (et non -1).
Pour les autres les orbitales atomique sont les suivantes :
• (3, 2, 1, + ½) : orbitale 3d
• (5, 3, -2, + ½) : orbitale 5f
• (8, 4, -4, -½) : orbitale 8g
2.
a.
Faux.
ℓ doit être strictement inférieur à n et ici ℓ = 5 > n = 4
b.
Vrai.
Si l’état quantique de l’électron est défini entre autre par mℓ = 2, cela signifie que ℓ mℓ, soit ℓ 2.
Une orbitale d décrivant un électron de nombre quantique secondaire ℓ = 2, l’électron de l’atome considéré peut donc
se trouver dans ce type d’orbitale.
c.
Faux.
L’électron peut se trouver dans une orbitale d mais pas nécessairement.
Ici ℓ 2 et ℓ < n = 4. Le nombre quantique secondaire peut donc prendre les valeurs ℓ = 2 et ℓ = 3.
De ce fait l’électron peut se trouver dans une orbitale d ou une orbitale f.
d.
Faux.
Dans le cas d’une orbitale 4p, ℓ = 1. Or ici ℓ = 2 ou ℓ = 3.
L’électron ne peut donc pas se trouver dans l’orbitale 4p.
e.
Vrai.
L’orbitale définie par n = 4 et mℓ = 2 est une orbitale relativement haute en énergie. Il est donc possible qu’un
électron d’une orbitale plus interne (par exemple de nombre quantique principal n < 4) soit promu sur cette orbitale
suite à l’absorption d’un photon. On serait ainsi en présence d’une configuration électronique excitée de X.
f.
Vrai.
Les électrons peuvent présenter un nombre quantique de spin ms = +½ ou ms = -½.
Philippe APLINCOURT
Master 1 MEEF Physique-Chimie
Le rayonnement solaire : gamme UV – Extrait CAPLP Externe 2018
1.
Domaine d’énergie des UVA :
h.c 6,62.10−34 *3.108 h.c 6,62.10−34 *3.108
E= = = 5,0.10 -19
J < E < E = = = 6,3.10-19 J
400.10−9 315.10−9
Domaine d’énergie des UVB :
h.c 6,62.10−34 *3.108 h.c 6,62.10−34 *3.108
E= = −9
= 6,3.10 -19
J < E < E = = −9
= 7,1.10-19 J
315.10 280.10
A débit égal, les UVB sont donc plus nocifs que les UVA.
2.
Un indice UV égal à 9 équivaut à une puissance surfacique P = 9 * 0,025 = 0,225 W.m-2
Le temps d’exposition continue nécessaire pour qu’une personne à peau claire attrape un coup de soleil dans le cas
d’un indice UV égal à 9 vaut donc :
Esurfacique Esurfacique 250
Psurfacique = t exposition = = A.N. : texposition = 1111 s = 18 min 31 s
t exposition Psurfacique 0, 225
Philippe APLINCOURT
Master 1 MEEF Physique-Chimie
Etude du tableau périodique
1.
Pour placer un élément dans le tableau périodique, il faut connaître sa configuration fondamentale.
Le nombre quantique n de la dernière sous-couche s occupée donne la période.
Le nombre d’électrons de la couche en cours de remplissage donne la colonne. Pour les éléments ne possédant pas
d’orbitale d (H à Ca), le numéro de la colonne s’obtient en imaginant qu’un jeu d’orbitale d pourrait être présent
avant les orbitales p.
Elément B Mg Fe
Numéro atomique 5 12 26
Configuration électronique 1s 2s2 2p1
2
1s 2s2 2p6 3s2
2
1s 2s 2p 3s2 3p6 4s2 3d6
2 2 6
Période 2 3 4
Colonne 13 2 8
2.
L’étain occupe la 5ème période : sous-couche 5s occupée
L’étain occupe la 14ème colonne : 4 électrons de valence (les électrons 4d n’entrent pas dans le décompte car le sous-
couche 4d est complète)
Sn : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p2
Le numéro atomique de l’étain est Z = 50
3.
Les éléments dont les configurations électroniques se terminent en ns2 np2 appartiennent à la même famille que
l’étain.
Ainsi, le carbone (1s2 2s2 2p2) ou le silicium (1s2 2s2 2p6 3s2 3p2) appartiennent à la même famille que l’étain.
4.
Le gaz rare précédant l’étain dans la classification périodique possède la configuration électronique suivante :
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6
Il s’agit du Krypton (Z = 36)
Philippe APLINCOURT
Master 1 MEEF Physique-Chimie
L’élément Nickel
1.
Deux atomes sont isotopes si leurs noyaux possèdent un nombre identique de protons mais un nombre différent de
neutrons.
2.
Le nombre A est le nombre de masse. Il indique le nombre de nucléons (protons + neutrons) présents dans le noyau.
Or comme les nucléons sont environ 2000 fois plus lourds que les électrons, ce nombre fournit des informations sur
la masse de l’élément que l’on peut approximer comme étant la masse de son noyau.
3.
Jusqu’en 2019 :
• l’unité de masse atomique u est définie comme étant égale à 1/12ème de la masse du carbone 12. Donc un
...
Master 1 MEEF Physique-Chimie
TD 1
Atomistique
Spectre de l’atome d’hydrogène
1.
La configuration de l’atome d’hydrogène est 1s1. L’électron se trouve donc sur la couche n = 1. L’énergie
d’ionisation Ei est l’énergie nécessaire pour arracher l’électron de l’atome (donc pour l’amener sur la couche n = ).
Elle se calcule donc alors :
R H .h.c R H .h.c
E i = E − E1 = − + = R H .h.c = 1,097.107 * 6,62.10− 34 * 3.108 A.N. : Ei = 2,1.10-18 J = 13,5 eV
2
1 2
2.
Les raies de Lyman correspondent au passage d’un électron d’un niveau supérieur vers l’état fondamental. L’énergie
de la transition s’écrit alors :
R H .h.c R H .h.c 1
E Lyman = E1 − E n = − + = R H .h.c.1 − 2
n
2 2
1 n
h.c
Or, E Lyman =
Lyman
h.c h.c n2
Lyman = = Lyman =
D’où
E Lyman 1
R H .h.c.1 − 2
( )
RH. n2 − 1
n
3.
La raie Lyman se situe dans le domaine des Ultraviolets (U.V.).
1 1 1 1
= =1− n=
1 n 2
R H . 1−
1
R H .1 − 2
n R H .
A.N. : n = 2
La raie de Lyman correspond à la transition entre le niveau fondamental et le premier état excité.
4.
L’énergie du photon correspondant se calcule :
h.c 6,62.10−34 * 3.108
E Lyman = = A.N. : E = 1,63.10-18 J = 10,2 eV
Lyman 121,5.10− 9
Philippe APLINCOURT
Master 1 MEEF Physique-Chimie
Nombres quantiques
1.
Par définition :
• n est un entier positif
• 0ℓ<n
• - ℓ mℓ ℓ
• ms = ½
L’état d’un électron ne peut donc pas être décrit par les quadruplets suivants :
• (2, 2, 2, + ½) car ℓ = n
• (4, 0, -1, -½) car mℓ ne peut prendre que la valeur 0 (et non -1).
Pour les autres les orbitales atomique sont les suivantes :
• (3, 2, 1, + ½) : orbitale 3d
• (5, 3, -2, + ½) : orbitale 5f
• (8, 4, -4, -½) : orbitale 8g
2.
a.
Faux.
ℓ doit être strictement inférieur à n et ici ℓ = 5 > n = 4
b.
Vrai.
Si l’état quantique de l’électron est défini entre autre par mℓ = 2, cela signifie que ℓ mℓ, soit ℓ 2.
Une orbitale d décrivant un électron de nombre quantique secondaire ℓ = 2, l’électron de l’atome considéré peut donc
se trouver dans ce type d’orbitale.
c.
Faux.
L’électron peut se trouver dans une orbitale d mais pas nécessairement.
Ici ℓ 2 et ℓ < n = 4. Le nombre quantique secondaire peut donc prendre les valeurs ℓ = 2 et ℓ = 3.
De ce fait l’électron peut se trouver dans une orbitale d ou une orbitale f.
d.
Faux.
Dans le cas d’une orbitale 4p, ℓ = 1. Or ici ℓ = 2 ou ℓ = 3.
L’électron ne peut donc pas se trouver dans l’orbitale 4p.
e.
Vrai.
L’orbitale définie par n = 4 et mℓ = 2 est une orbitale relativement haute en énergie. Il est donc possible qu’un
électron d’une orbitale plus interne (par exemple de nombre quantique principal n < 4) soit promu sur cette orbitale
suite à l’absorption d’un photon. On serait ainsi en présence d’une configuration électronique excitée de X.
f.
Vrai.
Les électrons peuvent présenter un nombre quantique de spin ms = +½ ou ms = -½.
Philippe APLINCOURT
Master 1 MEEF Physique-Chimie
Le rayonnement solaire : gamme UV – Extrait CAPLP Externe 2018
1.
Domaine d’énergie des UVA :
h.c 6,62.10−34 *3.108 h.c 6,62.10−34 *3.108
E= = = 5,0.10 -19
J < E < E = = = 6,3.10-19 J
400.10−9 315.10−9
Domaine d’énergie des UVB :
h.c 6,62.10−34 *3.108 h.c 6,62.10−34 *3.108
E= = −9
= 6,3.10 -19
J < E < E = = −9
= 7,1.10-19 J
315.10 280.10
A débit égal, les UVB sont donc plus nocifs que les UVA.
2.
Un indice UV égal à 9 équivaut à une puissance surfacique P = 9 * 0,025 = 0,225 W.m-2
Le temps d’exposition continue nécessaire pour qu’une personne à peau claire attrape un coup de soleil dans le cas
d’un indice UV égal à 9 vaut donc :
Esurfacique Esurfacique 250
Psurfacique = t exposition = = A.N. : texposition = 1111 s = 18 min 31 s
t exposition Psurfacique 0, 225
Philippe APLINCOURT
Master 1 MEEF Physique-Chimie
Etude du tableau périodique
1.
Pour placer un élément dans le tableau périodique, il faut connaître sa configuration fondamentale.
Le nombre quantique n de la dernière sous-couche s occupée donne la période.
Le nombre d’électrons de la couche en cours de remplissage donne la colonne. Pour les éléments ne possédant pas
d’orbitale d (H à Ca), le numéro de la colonne s’obtient en imaginant qu’un jeu d’orbitale d pourrait être présent
avant les orbitales p.
Elément B Mg Fe
Numéro atomique 5 12 26
Configuration électronique 1s 2s2 2p1
2
1s 2s2 2p6 3s2
2
1s 2s 2p 3s2 3p6 4s2 3d6
2 2 6
Période 2 3 4
Colonne 13 2 8
2.
L’étain occupe la 5ème période : sous-couche 5s occupée
L’étain occupe la 14ème colonne : 4 électrons de valence (les électrons 4d n’entrent pas dans le décompte car le sous-
couche 4d est complète)
Sn : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p2
Le numéro atomique de l’étain est Z = 50
3.
Les éléments dont les configurations électroniques se terminent en ns2 np2 appartiennent à la même famille que
l’étain.
Ainsi, le carbone (1s2 2s2 2p2) ou le silicium (1s2 2s2 2p6 3s2 3p2) appartiennent à la même famille que l’étain.
4.
Le gaz rare précédant l’étain dans la classification périodique possède la configuration électronique suivante :
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6
Il s’agit du Krypton (Z = 36)
Philippe APLINCOURT
Master 1 MEEF Physique-Chimie
L’élément Nickel
1.
Deux atomes sont isotopes si leurs noyaux possèdent un nombre identique de protons mais un nombre différent de
neutrons.
2.
Le nombre A est le nombre de masse. Il indique le nombre de nucléons (protons + neutrons) présents dans le noyau.
Or comme les nucléons sont environ 2000 fois plus lourds que les électrons, ce nombre fournit des informations sur
la masse de l’élément que l’on peut approximer comme étant la masse de son noyau.
3.
Jusqu’en 2019 :
• l’unité de masse atomique u est définie comme étant égale à 1/12ème de la masse du carbone 12. Donc un
...