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“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 139 — #147
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Exercices Corrigés
CORRIGÉS
5 électrons (électrons de valence), ce qui correspond aux nombres d’oxydation +III ou +V. Par gain
d’électrons, on peut atteindre éventuellement la structure du gaz rare le plus proche, soit la configuration
4s 2 4p 6 par gain de 3 électrons, ce qui correspond au nombre d’oxydation −III.
Pour la combinaison arsenic/hydrogène, l’hydrogène étant légèrement plus électronégatif que l’arsenic,
le nombre d’oxydation de l’arsenic sera positif et égal à +III : l’hydrure d’arsenic a pour formule AsH 3 .
Pour la combinaison arsenic/oxygène, l’oxygène étant plus électronégatif que l’arsenic, ce dernier est
à un nombre d’oxydation positif. Dans le cas d’oxyde, le nombre d’oxydation de l’oxygène est −II.
Pour l’arsenic au nombre d’oxydation +III, la formule de l’oxyde est As 2 O 3 . Pour l’arsenic au nombre
d’oxydation +V, la formule de l’oxyde est de formule As 2 O 5
5. L’ordre des niveaux de KLECHKOWSKI est : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 .
On met ainsi facilement en évidence le nombre d’électrons à ajouter pour passer d’une configuration
ns x np y à la configuration (n+1)s x (n+1)p y , soit 8 électrons quand on passe de n=2 à n=3 et 18 électrons
quand on passe de n = 3 à n = 4.
2.3 Configuration électronique et classification périodique
1. L’application de la règle de KLECHKOWSKI conduit à la configuration suivante de l’état fondamental
de l’atome de numéro atomique Z = 42 :
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 4 .
2. La sous-couche 4d est en cours de remplissage : l’élément appartient donc au bloc d et la présence
d’électrons dans la sous-couche 5s montre que l’élément appartient à la cinquième période. Les quatre
électrons d montrent que cet élément est localisé dans la quatrième colonne du bloc d. Comme cet
élément appartient au bloc d, il est établi expérimentalement que les électrons les moins liés sont les
électrons s. On préfère donc proposer la configuration électronique qui intègre cette observation, c’està-dire :
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 4 5s 2 .
Ce n’est pas encore la configuration observée expérimentalement. Dans la même colonne on trouve :
• le chrome (Cr) dans la première ligne du bloc d (3d 5 4s 1 ) ;
• le molybdène (Mo) dans la deuxième ligne du bloc d(4d 5 5s 1 ) : c’est l’élément étudié ;
• le tungstène (W) dans la troisième ligne du bloc d (4 f 14 5d 4 6s 2 ).
Dans la même période, se trouvent, de part et d’autre :
• le niobium (Nb) dans la colonne précédente (4d 4 5s 1 ) ;
• le technétium (Tc) dans la colonne suivante (4d 5 5s 2 )
3. Les électrons de valence sont ceux de nombre quantique principal maximal et ceux des sous-couches
incomplètes : il s’agit ici des électrons 5s et 4d. Il y a donc 6 électrons de valence. Les autres électrons
sont les électrons de cœur. Les électrons de valence peuvent participer aux réactions chimiques : le
nombre d’oxydation maximal observable sera donc +VI. La configuration électronique observée diffère
de celle prévue car la sous-couche 4d à moitié remplie est reconnue comme étant un facteur de stabilité.
On retrouve ici le même type d’anomalie que celle observée pour le chrome.
2.4 Configuration électronique et énergie d’ionisation
1. Lors d’un déplacement de la gauche vers la droite dans une période, on observe globalement l’augmentation de l’énergie d’ionisation. Cette augmentation n’est pas régulière.
2. L’application de la règle de KLECHKOWSKI à la détermination des configurations électroniques des
états fondamentaux des atomes conduit à :
• le béryllium (Be) : 1s 2 2s 2 ;
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CORRIGÉS
5 électrons (électrons de valence), ce qui correspond aux nombres d’oxydation +III ou +V. Par gain
d’électrons, on peut atteindre éventuellement la structure du gaz rare le plus proche, soit la configuration
4s 2 4p 6 par gain de 3 électrons, ce qui correspond au nombre d’oxydation −III.
Pour la combinaison arsenic/hydrogène, l’hydrogène étant légèrement plus électronégatif que l’arsenic,
le nombre d’oxydation de l’arsenic sera positif et égal à +III : l’hydrure d’arsenic a pour formule AsH 3 .
Pour la combinaison arsenic/oxygène, l’oxygène étant plus électronégatif que l’arsenic, ce dernier est
à un nombre d’oxydation positif. Dans le cas d’oxyde, le nombre d’oxydation de l’oxygène est −II.
Pour l’arsenic au nombre d’oxydation +III, la formule de l’oxyde est As 2 O 3 . Pour l’arsenic au nombre
d’oxydation +V, la formule de l’oxyde est de formule As 2 O 5
5. L’ordre des niveaux de KLECHKOWSKI est : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 .
On met ainsi facilement en évidence le nombre d’électrons à ajouter pour passer d’une configuration
ns x np y à la configuration (n+1)s x (n+1)p y , soit 8 électrons quand on passe de n=2 à n=3 et 18 électrons
quand on passe de n = 3 à n = 4.
2.3 Configuration électronique et classification périodique
1. L’application de la règle de KLECHKOWSKI conduit à la configuration suivante de l’état fondamental
de l’atome de numéro atomique Z = 42 :
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 4 .
2. La sous-couche 4d est en cours de remplissage : l’élément appartient donc au bloc d et la présence
d’électrons dans la sous-couche 5s montre que l’élément appartient à la cinquième période. Les quatre
électrons d montrent que cet élément est localisé dans la quatrième colonne du bloc d. Comme cet
élément appartient au bloc d, il est établi expérimentalement que les électrons les moins liés sont les
électrons s. On préfère donc proposer la configuration électronique qui intègre cette observation, c’està-dire :
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 4 5s 2 .
Ce n’est pas encore la configuration observée expérimentalement. Dans la même colonne on trouve :
• le chrome (Cr) dans la première ligne du bloc d (3d 5 4s 1 ) ;
• le molybdène (Mo) dans la deuxième ligne du bloc d(4d 5 5s 1 ) : c’est l’élément étudié ;
• le tungstène (W) dans la troisième ligne du bloc d (4 f 14 5d 4 6s 2 ).
Dans la même période, se trouvent, de part et d’autre :
• le niobium (Nb) dans la colonne précédente (4d 4 5s 1 ) ;
• le technétium (Tc) dans la colonne suivante (4d 5 5s 2 )
3. Les électrons de valence sont ceux de nombre quantique principal maximal et ceux des sous-couches
incomplètes : il s’agit ici des électrons 5s et 4d. Il y a donc 6 électrons de valence. Les autres électrons
sont les électrons de cœur. Les électrons de valence peuvent participer aux réactions chimiques : le
nombre d’oxydation maximal observable sera donc +VI. La configuration électronique observée diffère
de celle prévue car la sous-couche 4d à moitié remplie est reconnue comme étant un facteur de stabilité.
On retrouve ici le même type d’anomalie que celle observée pour le chrome.
2.4 Configuration électronique et énergie d’ionisation
1. Lors d’un déplacement de la gauche vers la droite dans une période, on observe globalement l’augmentation de l’énergie d’ionisation. Cette augmentation n’est pas régulière.
2. L’application de la règle de KLECHKOWSKI à la détermination des configurations électroniques des
états fondamentaux des atomes conduit à :
• le béryllium (Be) : 1s 2 2s 2 ;
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