Atomes et molécules

électrons :EAl ( ) = 2 E(1 s) + 8 E(2 s,2 p) + 3 E(3 s,3 p)+EAl ( ) = 2 E′ (1) s + 8 E′ (2,2 s p) + 2 E′(3,3 s p)EI1= 2 E ′(3 s, 3 p) − 3 E(3 s, 3 p) = − 2 × 22, 4 + 3 × 18, 51 = 10, 74 eVEn fait, le calcul proposé par cet énoncé de Centrale est celui qui figure dans le livre Chimie MPSI-PTSI (puf) page80.Le résultat n’étant pas en accord avec l’expérience, il faut en conclure que la théorie exposée par l’énoncé estinexacte ; le livre Chimie MPSI-PTSI (puf) page 80 observe que cette théorie prévoit des énergies égales pour les états set p, alors que la règle de Klechkowski affirme que l’énergie d’un état p est supérieure à celle d’un état s ; le travaild’arrachement d’un électron 3p est donc surestimé par les règles de Slater.6) Normalement, l’énergie d’ionisation croît avec Z dans une ligne de la classification périodique, puisque Z* croît.+Ce n’est pas vrai pour le couple Mg,Al, car les énergies de Al et Mg sont exceptionnellement basses, ces états étantexceptionnellement stables parce que ne présentant que des sous-couches complètes. Alors,++EI1( Al) = E( Al ) − E( Al)est exceptionnellement bas et EI( Mg) = E( Mg ) − E(Mg)est exceptionnellementhaut. Les règles de Slater, telles qu’elles sont exposées dans les programmes des classes préparatoires, ne tiennent pascompte de cet effet, ce qui explique, pour une petite partie seulement, l’écart entre leur résultat et la réalité.III.A.1) L’état fondamental de l’atome de carbone est 1s 2 2s 2 2p 2 ; dans cet état, les deux électrons 2p ne sont pas dans lamême orbitale et leur spin total est 1 (et non pas zéro), car la règle de Hund prévoit que l’état le plus stable est celuipour lequel le module du spin total S est maximum ; l’atome de carbone a alors un spin non nul, ce qui peut semanifester :– par le fait qu’il possède un moment magnétique, qui dépend de ce spin électronique ainsi que du moment cinétiqueorbital des électrons, donc est semblable à un petit aimant ou à un boucle de courant ; cela peut se manifester enenvoyant un jet d’atomes de carbone dans un champ magnétique inhomogène ou par des expériences de résonancemagnétique électronique ;– plus généralement dans les spectres (couplage spin-orbite, effet Zeeman en présence d’un champ magnétique…). Lespin a été inventé pour rendre compte du spectre des alcalins, dont l’état monoatomique est plus facile à obtenir (vapeurà quelques centaines de degrés Celsius) que celui du carbone.2) Le silicium a comme le carbone quatre électrons sur sa couche périphérique ; il peut donner donc quatre liaisonscovalentes, d’où une grande variété de composés possibles ; en pratique, les liaisons covalentes formées par leséléments de la troisième période de la classification périodique sont moins stables que celles des éléments de la secondeligne, aussi le carbone est irremplaçable.L’utilisation la plus importante du silicium est la confection de diodes, de transistors, de circuits intégrés qui tirent partidu caractère semi-conducteur du silicium.B.1) S’il y a N électrons sur la couche de valence, le nombre de liaisons covalents est inf( N, 8 − N); exemples :– bore N = 3 : trois liaisons dans BF3 ;– azote N = 5 : trois liaisons dans NH3.Cette règle est parfois mise en défaut (PF 5 , SF 6 …)On peut aussi invoquer la règle de l’octet de Lewis, selon laquelle les atomes qui se lient mettent en commun desélectrons de façon à acquérir une structure de gaz rare ; cette règle est mise en défaut pour les trois premières colonnes.2) Le carbone occupe le centre d’un tétraèdre dont les sommets sont occupés par les quatre groupement qui lui sontliés. Si ces quatre groupements sont identiques, l’angle entre les liaisons est 109,47° (exemple : méthane CH 4 ,tétrachlorure de carbone CCl 4 ) ; sinon, ce tétraèdre n’est pas régulier, mais les angles entre les liaisons restent voisins decette valeur.3) Les structures électroniques sont dessinées si-contre :•• •••• ••La molécule de dioxyde de carbone est linéaire, car, comme une doubleC O C – O +liaison se comporte comme une simple liaison, c’est comme si autour du••carbone deux doublets se repoussant au maximum se plaçaient à 180° l’unde l’autre4) L’électronégativité est d’autant plus grande que l’atome se liefacilement avec les électrons et s’en détache difficilement.Les liaisons chimiques sont meilleures entre élémentsd’électronégativité très différentes, aussi les liaisons qui se forment sontpréférentiellement entre éléments de grande différence d’électronégativité.••O••C••O••DS : atomes et molécules, page 6