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I - Llment carbone

C : 1s2 | 2s2 2p2, cest--dire quil a 4 lectrons de valence donc quil est ttravalent et peut former quatre liaisonscovalentes. Lisotope le plus abondant du carbone est le carbone 12, on rencontre aussi le carbone 13 ou 14. Il y a6 lectrons dans un atome de carbone dans son tat fondamental, son noyau comporte par consquent 6 protons etrespectivement 6, 7 ou 8 neutrons pour le carbone 12, 13 ou 14. De par sa structure, le carbone est sur la deuximeligne (en 2s2 ), et sur la 14mecolonne, ce qui est aussi le cas du silicium, du germanium ou de ltaint (danslordre de haut en bas). En effet, il faut 4 lectrons au carbne pour atteindre le gaz rare , sur la 18mecolonne :on est bien sur la 14me.

II - La famille des alcalino-terreux

Les configurations lectroniques sont immdiates :

Be 1s2 | 2s2 Mg 1s2 2s2 2p6 | 3s2 Ca 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 | 4s2 Sr 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 | 5s2

Ces lments possdent deux lectrons de valence, leurs nombres doxydation possibles sont donc +I et +II, leplus stable tant +II puisque celui-ci correspond la mme structure quun gaz noble (exemple : Mg2+ a la mmestructure que le non). Les couches de valence tant en ns2, on est donc dans la seconde colonne et dans le bloc s.On sattend donc du 6s2 pour le baryum et du 7s2 pour le strontium.

III - Le fer : une exception classique

Llment fer possde la configuration lectronique Fe : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 | 4s2 3d6, ainsi pour les ions

FerriqueFe3+ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 | 4s2 3d3 et FerreuxFe2+ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 | 4s2 3d4

La couche d tant incomplte, les diffrentes espces appartiennent au bloc d. Les structures relles montrentque les derniers lectrons sont pris plutt sur la couche s afin de remplir moiti la douche d : cela tend prouver que la configuration dans laquelle la couche d est moiti remplie (selon la rgle de Hund, cela signifiela configuration dans laquelle toutes les cases quantiques sont occupes par un seul atome dont les spins sontparallles) est plus stable que cele suivant la rgle de Klechkovski.

IV - lments de transition

Les lments de transition sont ceux possdant une couche d incomplte. Ce sont des lments essentiellementmtalliques donnant en gnral des complexes en solution souvent trs colors (comme on le verra en TP). Lesrgles de Klechkovski, Hund et Pauli ont t vues en cours. La configuration lectronique du fer dans son tatfondamental est

Fe : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 | 4s2 3d6 et celle du chrome Cr : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 | 4s2 3d4

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En pratique, un lectron de la couche s aura tendance occuper la dernire orbitale d afin de remplir moitila couche d (et par la mme occasion la couche s) ce qui confrera une structure plus stable par exprience. Lepremier lectron partir sera par consquent celui de la couche s, la configuration lectronique est donc plutt

Cr3+ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 | 4s1 3d5 et le chrome(III) Cr3+ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 | 4s1 3d2

ou mme4s0

3d3

. Au final, lion chrome possde six lectrons de valence.

V - Largent

Une unit de masse atomique correspond la masse dun douzime de la masse dun atome de carbone 12dans son tat fondamental. Tous les isotopes de largent possde 47 protons, en revanche largent 107 possde 60neutrons et largent 109 62 neutrons. La masse molaireMest calcule en proportion de chaque isotope :

M= 0, 5183 106, 90 + (1 0, 5183) 108, 90 = 107, 86 uma

La configuration lectronique est Ag : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 |5s2 4d9 1 On est donc sur la 5meligne

(priode). Ce nest pas demand, mais on peut aussi dire que largent est dans la 11mecolonne (2+9). Si le cuivre est

juste au dessus, cest quil est galement en 3d9 mais sur la 4meligne, on a donc Cu : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 | 4s2 3d9

soit en tout Z=29 lectrons. Les deux configurations constates permettent, avec le mme nombre dlectrons,de saturer la couche d, ce qui augmente la stabilit par rapport aux prvisions de la rgle de Klechkovski.

VI - Les halognes

Z est le nombre de protons de latome et on a C: 1s2 2s2 2p6 | 3s2 3p5 Lnergie de premire ionisation EI est

lnergie ncessaire pour arracher llment considr dans son tat gazeux son premier lectron. Les lementscherchent dautant plus se dbarasser de leur premier lectron quils sont gauche de la configuration lectronique, puisque cela les rapproche de la structure du gaz noble. Lvolution gnrale est donc laugmentation de lEI degauche droite de la classification. Toutefois, on constate deux exceptions au niveau du passage Mg / Al et P / S.Dans le premier cas, on passe dune structure 3s2 3s1, cest--dire quon quitte une couches sature qui est bienstable : il est par consquent peu intressant de perdre un lectron pour le magnsium. De mme, le phosphore esten p3, donc sur une couche moiti sature et stable : perdre un lectron dstabilise ldifice, il est difficile de ce

fait darracher un lectron loignant llment de cette configuration.Les halognes sont les lements de lavant-dernire colonne, la 17me, il ne leur manque quun lectron pour

atteindre la structure dun gaz noble et les ions donns sont par consquent prfrentiellement du type X. Lebrome a pour configuration lectronique

Br : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 | 4s2 3d10 4p5 et lion bromureBr : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 | 4s2 3d10 4p6

qui est la configuration dun gaz noble. Les halognes sont donc trs lectrongatifs et forment par consquentsouvent des composs avec des lments peu lectrongatifs (Na, Bi, etc.)

VII - Le manganse

Le manganse a pour configuration lectronique

Mn : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 | 4s2 3d5

et appartient au groupe des lments de transition, puisquil possde une couche d incomplte2. Le mangansepeut donc perdre 7 lectrons pour atteindre la structure du gaz rare, ces degrs doxydation possibles sont donctout ceux de 0 +V I I, les plus stables tant +II(perte des lectrons de la couche4s) et +VII (structure de gazrare).

1 Attention, cest Z que lon utilise, pas le nombre de masse 107 ou 109 !2 Notons que la couche d tant demi-remplie, il est probable que ce soit les lectrons de la couche 4s qui partent en premier.

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VIII - Drivs fluors du Bismuth

Le bismuth tant sur la sixime ligne, sa configuration lectronique possde une couche 6set comme de plus ilest sur la qunizime colonne, il lui manque trois lectrons pour tre un gaz rare donc il est en 6p3. La couche devalence est donc en 6s24f145d106p3 et possde 5 lectrons de valence (les couches f etd tant satures). Le fluor,

qui est un halogne, possde lui sept lectrons de valence. Or, la formule de BiF 3 correspond 5 + 3 7 = 26lectrons de valence dont 6 permettent de former trois liaisons covalentes, 18 de former des doublets non liantssur les fluors et 2 un doublet non liant pour le bismuth, ce qui conduit au schma de Lewis suivant ainsi qu lastructure gomtrique suivante :

de typeAX3E1 qui est un ttradre coud. Les deux points sur la figure correspondent au doublet non liant. Pour

BiF5, le mme raisonnement conduit une structureBiF5 de type AX5 cest--dire une structure bipyramidale.

IX - Chlorure dAluminium

Le Chlore C : 1s2 2s2 2p6 | 3s2 3p5 possde7 lectrons de valence et laluminium C :1s2 2s2 2p6 | 3s2 3p1 trois. Le chlorure dalumi-niumAlCl3en possde donc 24 se rpartissantselon le schma de Lewis suivant. La structureest du type AX3 cest--dire trigonale plan.

Toutefois, laluminium ne respecte pas la rgle de loctet, la struc-ture alternative suivante le permettant.

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priodique et de haut en bas le long dune colonne (en excluant les gaz rares). Llment le plus lectrongatif estdonc le fluor, qui est galement le premier des halognes (2meligne, 17mecolonne).

Puisque un halogneXest plus lectrongatif que lhydrogne, cest lui qui tire le doublet vers lui (figure de

gauche). Le moment dipolaire p, orient du barycentre des charges moins vers celui des charges plus, est indiqusur la figure de droite. En norme, p diminue de HF vers HI puisque lhalogne est de moins en moins lectrongatif.

B. Moment dipolaire global dune molcule

La formule de Lewis de la molcule de dioxyde de carbone est la suivante, cest une molcule de typeAX2donclinaire et apolaire puisque les barycentres des charges plus et moins sont confondus au centre du carbone.

La molcule de mthanal H2CO possde la formulede Lewis suivante.

Le texte prcise le moment dipolaire relatif aux liai-sons CH pCH = 0, 4 D, le moment global est donc

orient selon

u et vaut en norme daprs le dessinde gauche ci-contre

2p u = 2pCHcos(60) = 2 0, 4 0, 5 = 0, 4 D

soit p = 0, 4u

Le moment dipolaire total est la somme de ce moment et de celui d la liaison CO, orient lui aussi selon u etde norme 2, 3 D. Il est donc dirig, conformment au dessin de droite ci-dessus, de O vers C et possde la norme

2, 3 + 0, 4 = 2, 7 D

XII - chelles dlectrongativit

On peut proposer pour le monoxyde de carbone lesdeux structures de Lewis ci-contre, en prfrant laseconde qui respecte la rgle de loctet.

La relation p= qdliant la norme du moment dipolaire p avec la charge qet la distance d entre les charges +qetqpermet dcrire

q= p

d=

0, 13 0, 33.1029

113.1012 = 3, 84.1021 C = 0, 024 e= e

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La proportion de la charge lementaire e porte par chaque atome est ainsi gale , cest le pourcentage

dionicit qui vaut par consquent ici 2,4% .

Lion carbonate possde lui comme structure de Lewis la forme suivante, qui

est du type AX3 cest--dire trigonale plane

Daprs le cours, lnergie de premire ionisation Ei et laffinit lectronique Ae sont les nergies dgages parles deux ractions suivantes pour un compos A

Ei : A(g) A+

(g)+e

(g) et Ae: A

(g) A(g)+e

(g)

Daprs celles-ci, on peut crire que

Ei = EAg+ + Ee

=0 car ce nest pas un atome

EA

soit Ei = EAg+ =a+b2

puis Ae= EA EA = EA = b

2+ a

Or, par dfinition de Mulliken-Jaff, on a

MJ = d Eatome

dq =a+bq= a si q= 0

Dans ce cas, on retrouve bien M = 0, 5 (Ei+Ae) = 0, 5 (a+b/2 b/2 +a) = a.

On a MJ= M siq= 0.

Dans le cas de la molcule de monoxyde de carbone, la charge totale est nulle, donc en notant qO et qC lescharges portes respectivement par les atomes doxygne et de carbone, on a qO+qC= 0 (()). Ainsi, on a

MJ(O) = aO+bOqO =aC+ bC (qO)

daprs()

=MJ(C)

Puisque les lectrongativits squilibrent, on a

qO = aC aO

bO+ bC= qC= 0, 133

Avec ce modle, cest loxygne qui porte une charge ngative partielle, ce qui nest pas la ralit. Dans le cas dela molcule de dioxyde de carbone, la symtrie implique que les atomes doxygne portent la mme chargeqO. Par

neutralit, C porte ainsi 2qO. AinsiMJ(O) = aO+ bOqO =aC+ bC(2qO) =MJ(C)

et enfin qO = aC aObO+ 2bC

= 0, 094 et qC= 0, 187

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