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TRAVAUX DIRIGÉS ATOMISTIQUE Données : e = 1,6.10-19 C m(e+) ≈ m(neutron) ≈1,67x

TRAVAUX DIRIGÉS ATOMISTIQUE Données : e = 1,6.10-19 C m(e+) ≈ m(neutron) ≈1,67x10-27 kg m(e-) = 9,11x10-31 kg MS = 32 g.mol-1 M(Cu) = 63,55 g.mol-1, M(Au) = 187 g.mol-1, M(Fe) = 55,85 g.mol-1 RH = 10 973 732 m-1 h = 6,62.10-34 Js c = 3,00.108 m.s-1 vmol O2 = 24 L.mol-1 rayon de Bohr : a0 = 52,9 pm 1 D = 0,33.10-29 C.m Z(Br) = 35, Z(Cl) = 17, Z(I) = 53, Z(F) = 9, Z(As) = 33, Z(P) = 15, Z(Ca) = 20 ; Z(Cu) = 29 ; Z(Kr) = 36 ; Z(Ne) = 10 ; Z(Ar) = 18 ; Z(Fe) = 26. A- Atomes, ions et isotopie Exercice 1 : Autour de l’aluminium Soit l’atome d’Aluminium 27 13 Al Al. 1. Combien vaut son numéro atomique Z ? Son nombre de masse A ? 2. Combien possède-t-il de protons ? De neutrons ? D’électrons ? 3. Calculez sa masse en précisant les approximations éventuelles que vous allez faire. Corrigé : 1. Z = 13 et A = 27. 2. Il possède 13 protons, 27 – 13 = 14 neutrons et 13 électrons. 3. On fait les approximations suivantes m(e-) ≈ 0 et m(neutrons) ≈ m(e+) ≈ 1 uma On a donc m(Al) = 27 × 1,66 . 10-27 = 4,48.10-26 kg Exercice 2 : Éléments chimiques et isotopes La composition en particules élémentaires de 6 nucléides a, b, c, d, e et f est indiquée dans le tableau ci-dessous : Nucléides a b c d e f Nombre de neutrons 24 24 26 26 28 30 Nombre de protons 21 22 22 20 24 28 Nombre de masse 45 46 48 46 52 58 1. Combien y a-t-il d’éléments chimiques diffé rents dans ce tableau ? 2. Que ls sont les isotopes ? Corrigé : 1. Il y a 5 éléments chimiques diffé rents (nombre de protons diffé rents). 2. Les isotopes sont b et c (même nombre de protons mais nombre de neutrons diffé rents) . Exercice 3 : Abondance isotopique 1. L’abondance isotopique de chaque isotope du carbone est donnée ci-dessous 6 12C 6 13C 6 14C 98,89 % 1,11% traces En supposant que la masse molaire de chaque isotope est respectivement 12, 13 et 14 g.mol -1 donner une estimation de la masse molaire du carbone naturel. 2. La masse molaire du chlore est de 35,5 g.mol-1. Sachant que le chlore possède 2 isotopes et déterminer les abondances isotopiques de chaque isotope en supposant que la masse molaire de chacun est égale au nombre de masse. 1 Exercice 4 : Les éléments constitutifs de l’atome Soit l’atome de carbone 6 14C . 1. Combien possède-t-il de protons, de neutrons, d’électrons et de nucléons ? 2. Calculer la charge électrique du cortège d’électrons que possède l’ion aluminium Al3+. 3. Comment symbolise-t-on un atome d’hydrogène qui a perdu un électron ? 4. Combien d’électrons possèdent l’ion flu or de symbole F-. Est-ce un cation ou un anion ? 5. Je possède 3 protons et 2 électrons. Que l est mon symbole? 6. Lorsque je perds un électron, je possède alors autant d’électrons qu’il y a de protons dans un noyau de néon Ne. Que l élément suis-je? 7. Parmi les ions suivants, certains ont-ils le même nombre d’électrons que l’atome de soufre 16S ? Cl-, S+, Ar2+ et S2-. Corrigé : 1. 6 14C possède 6 protons, 8 neutrons et 14 nucléons. 2. Al3+ possède 10 électrons, don la charge de son cortège électronique est : 10 e- = 10 × 1,6.10-19 = 1,6.10-18 C. 3. H+ 4. L’anion F- possède 10 électrons. 5. Li+ 6. Na 7. Nombre d’électrons du S = 16 Nombre d’électrons du Cl- = 18 donc non. Nombre d’électrons du S+ = 15 donc non. Nombre d’électrons du Ar2+ = 16 donc oui Nombre d’électrons du S2- = 14 donc non. Seul Ar2+ a le même nombre d’électrons que S. Exercice 5 : Autour du phosphate d’ammonium Le phosphate d’ammonium (un engrais) a pour formule (NH4)3PO4. 1. Donner le nombre d’atomes constitutifs de la molécule de phosphate d’ammonium. 2. L’ion sodium a pour formule Na+. Combien possède-t-il d’électrons ? 3. Même question pour les ions O2- et He2+. 4. Donner les config urations électroniques des atomes de phosphore et d’hydrogène. 5. Que ls sont les ions susceptibles de se former à partir des atomes de magnésium et de chlore ? Corrigé : 1. Le phosphate comporte (1 + 4) × 3 + 1 + 4 = 19 atomes 2. Na+ possède 10 électrons. 3. O2- possède 10 électrons He2+ n’en possède pas. 4. P : 1s² 2s² 2p6 3s² 3p3 H : 1s1 5. Mg est dans la deuxième colonne du tableau périodique c’est un alcalino-terreux donc il va former le cation Mg2+. Cl est dans l’avant dernière colonne du tableau périodique (c’est un halogène) donc il va former l’anion Cl-. Exercice 6 : Composition des atomes 1. Indiquer la composition du noyau des atomes suivants : 6 12C ; 6 13C ; 6 14C ; 9 19 F ; 11 23 Na ; 13 27 Al ; 35 79 Br ; 35 81 Br 2. Pourquoi trouve-t-on ci-dessus le même symbole C (ou Br) pour des espèces ne présentant pas la même structure de noyau , Comment s’appelle l’ensemble des atomes représentés par le même symbole ? 3. A partir du principe de neutralité électrique de l’atome, déterminer le nombre d’électrons caractérisant chaque atomes ci- dessus. 4. En déduire le nombre d’électrons et la notation symbolique (nombre de masse A et numéro atomique Z) des ions F-, Na+, Al3+ et Br-. 2 1H 2He 3Li 4Be 5B 6C 7N 8O 9F 10Ne 11Na 12Mg 13Al 14Si 15P 16S 17Cl 18Ar 5. Les ions F-, Na+ et Al3+ et l’atome d’argon Ar sont isoélectroniques (même nombre d’électrons). Pourquoi leur a-t-on attr ibué des noms et des symboles diffé rents ? Corrigé : 1. La structure d’un noyau d’un atome est représenté par la notation A Z C . Dans cette notation Z représente le numéro atomique (nombre de protons) et A le nombre de masse (nombre de protons Z + nombre de neutrons N). On trouve ainsi les structures suivantes pour chaque atome : A Z N = A - Z 6 12C 12 6 6 6 13C 13 6 7 6 14C 14 6 8 9 19 F 19 9 10 11 23 Na 23 11 12 13 27 Al 27 13 14 35 79 Br 79 35 44 35 81 Br 81 35 46 2. Un atome défin i par un couple déterminé de valeurs A et Z est appelé nucléide. Les nucléides qui possèdent le même nombre de protons Z mais des nombres de masse A diffé rents sont appelés des isotopes et ont été regroupés sous le nom d’élément. Chaque élément, caractérisé par son nombre de protons Z, possède un symbole unique. Les trois nucléides 6 12C , 6 13C , 6 14C ont le même numéro atomique Z, il s’agit donc des trois isotopes de l’élément carbone C. Deux même les deux nucléides 35 79 Br et 35 81 Br sont également deux isotopes de l’élément brome Br. Les isotopes (atomes ou ions) d’un élément donné possèdent tous des propriétés chimiques quasiment identiques, indépendantes pour la plupart du nombre de neutrons présents dans le noyau mais dépendantes du nombres d’électrons caractérisant l’espèce considérée. 3. Pour un atome, le nombre de protons possédant chacun une charge électrique unitaire positive, est égale au nombre d’électrons, gravitant autour du noyau, chacun porteur d’une charge électrique unitaire négative. On trouve donc pour chaque atome : C, 6 électrons ; F, 9 électrons ; Na, 11 électrons ; Al, 13 électrons ; Br, 35 électrons. 4. L’ion F- diffè re de l’atome F par le nombre de ces électrons, F- possède un électron de plus que F. De même Na+ possède un électron de moins que Na. Al3+ possède trois électrons de moins que Al et Br- possède un électron de plus que Br : F- possède 10 électrons ; Na+ possède 10 électrons ; Al3+ possède 10 électrons ; Br- possède 36 électrons. 5. Ces espèces ont des numéros atomiques diffé rents (nombres de protons diffé rents), il s’agit donc de quatre éléments diffé rents. Ce n’est pas le nombre d’électrons mais le nombre d eprotons qui détermine l’identité de l’élément. B- Mole, masse et volume molaires Exercice 7 : Notions de base (1) 1. Combien y a-t-il d’atomes dans 0,0001 mol d’argon ? 2. Combien y a-t-il d’atomes dans 3,2 mol d’eau ? Combien de molécules ? 3. Que lle est la masse de 2,5 mol d’H2S (composé toxique présent notamment dans certains gisements de gaz naturel) ? 4. Combien y a-t-il de moles dans 1 L d’eau ? Exercice 8 : Notions de base (2) Partie A : Défin itions 1. Qu’ est-ce qu’une mole d’atomes de soufre ? 2. Que représente la masse molaire atomique du soufre ? 3. Où trouve-t-on la masse molaire atomique uploads/s3/ td-atomistique-corrige-fin 1 .pdf