Approximations hydrogénoïdes de Slater - Propriétés atomiques
Exercice 1 :
En utilisant les approximations hydrogénoïdes de Slater :
a) Calculer les Z effectifs dans les cas suivants : H ; Li (3); Cl(17) ; Na(11)
b) Calculer les énergies d'ionisations successives du Béryllium (4).
puis les comparer aux valeurs expérimentales : 9,28 - 18,1 - 155 - 217 eV
c) Calculer l'énergie de première ionisation du sodium(11)
d) On donne les valeurs expérimentales des énergies de première ionisation des éléments de la 2° période EI1 exprimées en Kj mol-1
Li(3) 520 - Be(4) 899 - B(5) 800 - C(6) 1086 - N(7) 1402 - O(8) 1314 - F(9) 1678 - Ne(10) 2084 -
- Comment passe-t-on des kJmol-1 aux eV ?
- Convertir ces energies en eV.
- Tracer la courbe E.I1 = f (Z)
- Quelle est la tendance générale d’évolution de EI1 en fonction de Z ? Justifier cette tendance.
- Justifier les anomalies éventuelles par comparaison des schémas de Lewis " cases quantiques " des atomes et des ions.
Exercice 2 :
On donne pour les éléments des 1° et 2° groupes A à F les valeurs de EI1 et EI2 en eV.
Identifiez chacun de ces éléments, sachant qu’ils appartiennent aussi aux trois premières lignes :
A : 4,3 - 31,8 B : 9,3 - 18,2 C : 6,1 - 11,9
D : 5,1 - 47,3 E : 5,4 - 75,6 F : 7,6 - 15,0
Exercice 3 :
Pour l’atome de Chlore évaluer :
a) l’énergie d’ionisation (Cl -->Cl+)
b) l’énergie de fixation électronique (Cl --->Cl-)
c) l’électronégativité dans l’échelle de Mulliken : XM = 0.21 (EI + EA)
d) le rayon de covalence : R (A°) = 0,215 (n2/Z*) + 0,145 n + 0,223
e) l’électronégativité dans l’échelle d’Alred et Rochow.
XA-R= 0,34 (Z*/R2 )+ 0.67 (R en A°)
f) Comparer les valeurs calculées aux valeurs données dans les tables.
Exercice 4 :
Classer les atomes suivante par rayon atomique croissant :
S(16) ; Mg(12) ; F(9) ; Be(4) ; O(8) ; Si(14)
a) Par simple comparaison des n2/Z*
b) En utilisant la formule R (A°) = 0,215 (n2/Z*) + 0,148 n + 0,225
c) Comparer aux valeurs données par les tables. Conclusion ?
Exercice 5 :
Pour évaluer les rayons ioniques Pauling a supposé que ceux-ci étaient proportionnels à n2/Z* comme les atomes neutres. D’autre part il a supposé que dans les cristaux ioniques les anions et les cations étaient au contact et que la distance internucléaire d accessible par diffraction des rayons X etait égale à la somme des rayons ioniques de l’anion et du cation.
Dans NaF d = 2.31 A° : Evaluer les rayons ioniques de Na et F
Dans LiF d = 2.01 A° : Evaluer les rayons ioniques de Li et F
Comparer les valeurs obtenues pour F. Conclusion.
Soit 4 éléments X, Y, Z et W.
On sait que ces 4 éléments sont situés dans les 3 premières lignes de la classification périodique.
On donne les 5 premières énergies d’ionisation (en eV) de ces quatres éléments.
On donne d’autre part une représentation graphique de la variation de ces énergies d’ionisation.
1) Identifiez pour chacun de ces éléments sa colonne dans la classification.
2) Pour un de ces 4 éléments on peut sans hésitation attribuer aussi sa ligne dans la classification. De quel élément s’agit-il ? Donner son symbole chimique et son nom.
3) Deux de ces éléments appartiennent à un même groupe de la classification, comment cela se traduit-il sur la représentation graphique ?
Attribuer à ces deux atomes leur symbole et leur nom.
4) Enfin l’attribution certaine d’une ligne est difficile pour un de ces éléments.
Lequel ? Proposer pour cet élément les deux possibilités pour son symbole et son nom. Pour lever l’indétermination sur la nature de cet élément calculer ses trois premières énergies d’ionisation par les approximations hydrogénoïdes de Slater. Identifier cet élément par comparaison avec les valeurs expérimentales.
5) Pour l’atome Y sur le graphique on constate que les énergies d’ionisation successives se répartissent en deux groupes de deux (EI1 et EI2) (EI3 et EI4) ; EI5 étant très différente. Justifiez cette répartition.