Fiche 3 Configuration électronique et tableau périodique)

Université des Sciences et de la Technologie d’Oran M-B
Faculté de Biologie
Module de Chimie
L1 SNV / 2015/2016
Fiche 3
Configuration électronique et tableau périodique)
Notions fondamentales de cours
Définir les notions suivantes:
Les règles de remplissage des orbitales atomiques: de stabilité, d’exclusion de Pauli, Hund et Klechkowski.
Exercice 1
Soient les structures électroniques suivantes :
1s 2s 2p 3s
1s 2s 2p 3s
1s 2s 2p 3s
1s 2s 2p 2d 3s
1s 2s 2p 3s 3p 3d 3f
Lesquelles parmi ces structures, celles qui sont à l’état fondamental, celles qui sont à l’état excité et celles qui sont
inexactes.
2
2
6
1
2
2
7
2
2
2
5
1
2
2
6
2
2
6
10
2
2
6
10
6
Exercice 2
1. Les séries suivantes des valeurs pour les nombres quantiques (n, l, m) d’un électron sont elles possibles ou
non (2,0 ,0) ; (2, 1,-1) ; (2, 2,0) ; (1, 0,1) ; (4, 1,-2) ;(0, 0,0).
2. Combien y a-t-il de types possibles pour l’orbitale d’un électron de nombre quantique n = 4 ? Combien y a
t il d’orientations possibles pour l’orbitale d’un électron de nombre quantique l= 3 ?
3. Donner les valeurs des quatre nombres quantiques caractérisant chacun des cinq électrons du bore dans son
état fondamental.
3+,
2-
4. Donner les configurations électroniques des atomes suivants 5B, 9F ,11Na, 12 Mg, 13Al 16S , 17Cl
25Mn, 26Fe, 28 Ni, et situer ces atomes dans la classification périodique (le groupe et la famille).
Exercice 3
Un atome de numéro atomique inférieur à 20 possède un électron célibataire unique.
1. Quelles sont les diverses possibilités de la configuration électronique?
2. Cet élément appartient à la période de l’argon. Quelles sont les diverses possibilités ?
3. Cet élément appartient au groupe du Francium (Z=87). Quel est cet élément?
Exercice 4
Connaissant les rayons atomiques des éléments du premier groupe et de la troisième période du tableau périodique.
Z
r (Å)
Li
3
1,50
Na
11
1,86
K
19
2,27
Rb
37
2,43
Cs
55
2,62
Z
r (Å)
Na
11
1,86
Mg
12
1,60
Al
13
1,48
Si
14
1,17
P
15
1,00
S
16
1,06
Cl
17
0,97
1. Préciser dans quel sens varient l’énergie d’ionisation et l’électronégativité lorsqu’on parcourt le groupe de
Li au Cs et la période de Na à Cl.
2. Quel est l’élément le plus réducteur ?
H.Djediai
1
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Exercice 5(supplémentaire)
On considère deux atomes A1X1 et A2X2 appartenant au même élément chimique X. Cet élément se trouve sur la
troisième ligne et appartient à l'avant-dernière colonne du tableau de la classification périodique.
1. Quelle est le nom de sa couche électronique externe ?
2. A quel nombre quantique correspond cette couche ?
3. Quel est le nombre maximal d'électrons que peut contenir cette couche.
4. A quelle famille appartient-il ?
5. Quel est le nombre d'électrons que possèdent les atomes de l'élément X sur leur couche externe ?
6. Ecrire la configuration électronique des atomes de l'élément X.
7. Quel est le nombre total d'électrons que possèdent les atomes de l'élément X ?
8. Quel est le nom de l'élément X ?
9. Expliquer la différence entre atome et élément.
10. On donne : A1 = 35 et A2 = 37. Donner la constitution des atomes X1 et X2.
Comment appelle-t-on le rapport qui existe entre ces deux atomes ?
H.Djediai
2
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Correction Fiche 3
Notions fondamentales de cours
Les règles de remplissage électronique sont :
- Règle de stabilité : les électrons occupent les niveaux d’énergie les plus bas.
- Règle de Pauli : principe d'exclusion : Deux électrons d'un même atome ne peuvent pas avoir leurs quatre
nombres quantiques tous identiques. Autrement dit, dans une case quantique, les électrons doivent avoir des spins
anti parallèles.
- Règle de Hund : L'état électronique fondamental correspond à un maximum de spins parallèles. La multiplicité
des spins est maximale.
- Règle de Klechkowski : A quelques exceptions près, le remplissage des couches et des sous-couches se
fait dans l’ordre des valeurs de ( n + l ) croissant. Si plusieurs combinaisons possibles conduisent à la
même valeur, on choisit celle possédant la plus petite valeur de n.
Exercice 1
Soient les structures électroniques suivantes :
1s2 2s2 2p6 3s1
Etat fondamental
2
2
7
2
1s 2s 2p 3s
Etat inexact
1s2 2s2 2p5 3s1
Etat excité
1s2 2s2 2p6 2d10 3s2
Etat inexact
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 3f6
Etat inexact
Exercice 2
1. Les séries suivantes de valeurs pour les nombres quantiques (n, l, m) d’un électron sont elles possibles ou
non : (2,0 ,0) ;
Les series (n,l,m)






Possibilité
Justificatifs
Possible
Possible
Impossible
Impossible
Impossible
Impossible
(2,0 ,0)
(2, 1,-1)
(2, 2,0)
(1, 0,1)
(4, 1,-2)
(0, 0,0).
n=2, l= 0 et m= 0
n=2, l= 1 et m= -1, 0 , 1
n=2 l=0 et 1 m =0 (l<=n-1)
Si n= 1 et l=0 m ne peut prendre que m
=0
Si l=1 m ne peut prendre que m =-1, 0, 1
L’électron n’existe pas
2. Pour n=4 nous avons n2 orbitales possibles pour l’électron se trouvant à n=4 c'est-à-dire 16 OA ? pour
l=3 , m peut prendre 7 valeurs -3,-2,-1, 0, 1, 2, 3 au total 7 orientations différentes .
3. Les valeurs des quatre nombres quantiques caractérisant chacun des cinq électrons du bore dans son état
fondamental.
er
1 électron
2ème électron
3ème électron
4ème électron
N
1
1
2
2
l
0
0
0
0
m
0
0
0
0
s
+ 1/2
- 1/2
+ 1/2
- 1/2
H.Djediai
3
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5ème électron
2
1
-1
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+ 1/2
4. Configuration électronique des éléments
1s2 2s2 2p1
1s2 2s2 2p5
1s2 2s2 2p6 3s1 ou (Ne) 3s1
1s2 2s2 2p6 3s1 ou (Ne) 3s2
1s2 2s2 2p6 ou (Ne)
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
1s2 2s2 2p6 3s2 4s3p6 4s2 3d5
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s23d6
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s23d8
5B
9F
11Na
12 Mg
3+
13Al
216S
17Cl
25Mn
26Fe
28Ni
2ème période, le groupe IIIA
2ème période, le groupe VIA
3ème période, le groupe IA
3ème période, le groupe IIA
3ème période, le groupe IIIA
3ème période, le groupe VIA
3ème période, le groupe VIIA
4ème période, le groupe VIIB
4ème période, le groupe VIIIB
4ème période, le groupe VIIB
bloc p
bloc p
bloc s
bloc s
bloc p
bloc p
bloc p
bloc d
bloc d
bloc d
Exercice 3
L’élément en question appartient à l’une des trois premières lignes de la classification périodique.
1. Les configurations à un seul électron célibataire sont : 1S1; 2S1; 3S1; 2P1; 3P1; 2P5; 3P5 soient les
éléments : H ; Li ; Na ; B ; Al ; F ; Cl.
2. L’élément appartient à la période de l'Argon (n=3), on trouve Na, Al et Cl.
3.
87Fr
est un alcalin, l'élément cherché est donc Na.
Exercice 4
1. Dans la famille des alcalins, le rayon atomique augmente du lithium au césium car il augmente du haut vers le
bas dans une colonne du tableau périodique. Par conséquent, l’attraction entre l’électron périphérique et le noyau
devient de plus en plus faible et l’énergie d’ionisation diminue du lithium au césium.
 Le rayon atomique diminue du sodium au chlore. Ces atomes appartiennent à la même période.
Leur numéro de la couche de valence est le même. Cependant, leur nombre de protons augmente entraînant une
attraction de plus en plus forte entre l’électron périphérique et le noyau. L’énergie d’ionisation devient de plus en
plus importante du sodium au chlore.
2. Un réducteur est d’autant plus fort qu’il cède plus facilement les électrons.
Du sodium au chlore, les atomes sont de moins en moins réducteurs.
Exercice 5(supplémentaire)
1-2-La couche électronique externe des éléments qui se trouvent sur la troisième ligne est la couche M, caractérisée
par le nombre quantique n = 3.
3-Le nombre maximum N d'électrons que peut contenir une couche caractérisée par n s'exprime : N = 2.n2. La
couche électronique M peut contenir au maximum 18 électrons.
4-La famille située sur l'avant dernière colonne du tableau de la classification périodique est la famille des
halogènes.
5-Les atomes situés sur l'avant dernière colonne du tableau (septième colonne) possèdent sept électrons sur la
couche de valence.
6-Configuration électronique : 1S2 2S22P6 3S23P5 (K2 L8 M7). Les atomes de l'élément X possèdent 17 électrons.
7-8-L'élément X est le chlore 17Cl caractérisé par Z = 17 (car les atomes de l'élément X possèdent 17 protons).
Atome X1 : 17 protons; 18 neutrons; 17 électrons.
Atome X2 : 17 protons; 20 neutrons; 17 électrons.
9-10-Ces deux atomes ont le même numéro atomique (même nombre de protons) mais un nombre de masse
différent (nombre de neutrons différents). Ces deux atomes sont des isotopes.
H.Djediai
4