1. Calculer l’énergie des photons associés aux ondes électromagnétiques suivantes :
Onde radio (l = 500 m) ; IR (100 mm) ; rayonnement visible (500 nm) ; UV (100 nm) ; rayonnement X (0,15 nm)
2. Quelle est la précision maximum de la valeur de la quantité de mouvement d’un électron dont la position est déterminée à ? Yaura-t-il des problèmes si la valeur de la quantité de mouvement est
3. La série des raies de Balmer dans le spectre de l’hydrogène correspond à n1 = 2 dans la relation de Ritz. Calculer l pour les 6 premières raies de la série.
4. L’énergie d’ionisation de l’atome d’hydrogène, à partir de son état fondamental, est de 13,6 eV,
4.1. Quelle est la radiation de plus courte longueur d’onde que peut émettre l’atome d’hydrogène ?
4.2. Donner l’expression de l’énergie caractérisant les différents états énergétiques de l’atome d’hydrogène en fonction du nombre quantique principal n. Calculer l’énergie du niveau caractérisé par n = 4. Quelle est la longueur d’onde des radiations qui peuvent être émises lorsque l’atome se désexcite à partir de ce niveau ?
5. Comparer les spectres d’émission de l’hydrogène et du deutérium , sachant que , et
6. Calculer l’énergie d’ionisation (en eV) pour l’atome d’hydrogène à l’état fondamental, grâce aux données suivantes :
Ry = 10967776 ; h = 6,626. J.s ; c = 3. ; .
7. État excité 3d
On considère l’atome d’hydrogène dans l’état excité 3d.
Quelles sont les transitions d’émission possibles ? Les représenter sur un schéma.
Calculer les longueurs d’onde des photons correspondant à ces transitions.
Quelle est l’énergie d’ionisation de l’atome d’hydrogène dans cet état excité (en eV et en kJ. Mol–1) ?
Données : Énergies propres de l’atome d’hydrogène :
En= – 13,6 / n2 (eV), (n entier > 0).
4) Ritz constata que certaines des fréquences correspondantes se déduisent des autres par combinaison linéaires. Vérifier cette relation.
8. Vrai ou faux ?
Identifier les propositions fausses et les rectifier. (O.A. = orbitales atomiques)
8.1. L’énergie de l’électron dans l’atome d’hydrogène ne dépend que du nombre quantique principal n.
8.2. Les O.A. de type s ont la symétrie sphérique.
8.3. Une surface nodale est une surface sur laquelle la fonction d’onde est minimale.
8.4. Les O.A. 2px, 2py et 2pz sont de révolution autour des axes de coordonnées.
8.5. He2+ est un ion hydrogénoïde.
8.6. Dans Li2+, l’énergie des orbitales atomiques ne dépend que du nombre quantique principal n.
8.7. Un atome excité est un atome qui a perdu un électron.
8.8. Le rayon des orbitales atomiques diminue lorsque le nombre quantique principal augmente.
8.9. L’O.A. y4,1,0 a la symétrie sphérique.
8.10. Les O.A. 3dxy, 3dyz et 3dzx sont de révolution autour des axes de coordonnées.
8.11. L’O.A. y4,3,3 est une O.A. de type f.
8.12. En émettant un photon (une onde électromagnétique), un atome retourne toujours à l’état fondamental.
8.13. L’énergie d’ionisation de He+ est quatre fois plus grande que celle de l’atome d’hydrogène.
8bis. Ion hydrogénoïde
1) Rappeler la définition d’un ion hydrogénoïde
2) Les valeurs de l’énergie propre de ces systèmes satisfont à la relation : En= – Ei / n2 où n est un entier strictement positif. Que représente Ei ?
3) Les ions Be+ et Li2+ sont-ils des systèmes hydrogénoïdes ?
4) Les énergies d’ionisation de He+ et Li2+ sont respectivement 54,4 eV et 122 eV. Peut-on trouver une relation simple entre leur nombre de charges, leur énergie d’ionisation et celle de l’atome d’hydrogène ?
5) Calculer la valeur de l’énergie propre des quatre premiers niveaux de ces atomes. Les comparer à ceux de l’atome d’hydrogène. Pourquoi peut-on dire que l’électron devient de plus en plus lié à mesure que Z augmente ?
9. Désexcitation
1) Des atomes d’hydrogène initialement à l’état fondamental, sont excités par un rayonnement U.V. de longueur d’onde 97,35 nm. Quel est le nombre quantique principal de l’état ainsi obtenu ?
2) Quelles sont les longueurs d’onde des différentes radiations que peuvent émettre les atomes lorsqu’ils se désexcitent ?
10. Principe de Pauli
Parmi les configurations électroniques suivantes, quelles sont celles qui ne respectent pas le principe d’exclusion de Pauli ?
Que peut-on dire des atomes correspondants ?
1s32s22p6
1s22s22p5
1s22s22p43s13p1
1s22s22p63s23p63d104s2
1s22s22p63s23p63d144s2
11. Principe de construction
1) Établir la configuration électronique de l’atome de fluor (Z = 9) à l’état fondamental.
2) Soit un atome de fluor de formule électronique 1s22s22p43s1 ; comparer qualitativement son énergie à celle de l’atome de fluor à l’état fondamental.
12. Règles d’établissement de la configuration électronique
On propose différentes configurations électroniques pour l’atome de nickel (Z = 28) :
1s22s22p63s23p63d104s0 ;
1s22s22p63s23p83d64s2 ;
1s22s22p63s23p63d84s2 ;
1s22s22p63s23p63d64s24p2 ;
Parmi ces configurations :
1) Quelle est celle qui ne respecte pas le principe de Pauli ?
2) Quelle est celle qui représente l’atome de nickel à l’état fondamental ? Préciser, si nécessaire, le nombre d’électrons célibataires.
3) Quelle est celle qui ne comporte aucun électron célibataire ?
4) Classer, par ordre d’énergie croissante, les différentes configurations.
13. Détermination de la configuration électronique
Déterminer la configuration électronique des atomes ou ions suivants dans leur état fondamental :
O (Z= 8) ; Al3+(Z = 13) ; Cl–(Z= 17) ; K (Z= 19) ; Fe (Z = 26) ; Hg (Z = 80).
14. Utilisation de la représentation de Lewis
L’atome d’un élément, X, à identifier a pour représentation de Lewis dans l’état fondamental :
1) Combien d’électrons de valence possède-t-il ?
2) Sachant que leur nombre quantique principal est 2, déterminer le numéro atomique de X et établir la configuration électronique complète de son atome.
3) Identifier X par son nom et son symbole.
15. Noble cœur et configuration électronique
1) Établir la configuration électronique de l’atome de calcium (Z = 20) dans l’état fondamental.
2) Représenter cette configuration à l’aide du cœur correspondant à un gaz noble.
16. Utilisation de la représentation de Lewis
L’atome d’un élément, Y, à identifier a pour représentation de Lewis dans l’état fondamental :
1) Combien d’électrons de valence possède-t-il ?
2) Sachant que leur nombre quantique principal est 3, déterminer le numéro atomique de X et établir la configuration électronique complète de son atome.
3) Identifier Y par son nom et son symbole.
17. Détermination de la représentation de Lewis
1) Déterminer la configuration électronique des atomes ou ions suivants dans leur état fondamental :
S2– (Z= 16) ; Ca (Z=20) ; Be (Z=4) ; Na+ (Z = l l) ; Cu (Z = 29)
2) En déduire la représentation de Lewis correspondante.
18. Vrai ou faux !
Parmi les propositions suivantes, déterminer celles qui sont erronées et les rectifier.
Dans un atome polyélectronique, la charge effective ressentie par un électron est toujours inférieure à la charge du noyau
L’effet d’écran ressenti par un électron est le même pour tous les électrons de l’atome.
19. Configuration électronique et Tableau périodique
Les réponses aux questions sont à donner sans consulter le Tableau Périodique.
1) Trouver la configuration électronique des éléments suivants :
a) un chalcogène de numéro Z inférieur à 20.
b) un halogène, de même période que le potassium (Z = 19 ).
Classer, en fonction de leur configuration électronique, les espèces chimiques
4Be, 4Be2+, 6C, 6C2+, 6C4+, 8O, 9F, 9F– , 11Na, 11Na+, 12Mg, 15P, 15P3+, 15P5+, 16S, 16S2+, 17Cl, 17Cl–, 17Cl+, 17Cl3+, 22Ti, 22Ti2+, 22Ti4+, 23V, 24Cr, 24Cr4+, 26Fe2+, 26Fe3+ par périodes, par blocs et par familles.
3) Déduire le numéro atomique et la configuration électronique des éléments suivants :
a) le deuxième halogène,
b) le troisième métal de transition d,
c) le quatrième alcalin, d) le cinquième gaz noble.
20. Montrer la distribution électronique dans les orbitales atomiques du carbone.
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2011-01-06, 04:25
Exercices d'atomistique
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