3.22 Ionisation
27
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
Exercice 3.22
Les énergies de première et de deuxième ionisation du néon (Z ϭ 10), du
sodium (Z ϭ 11) et du magnésium (Z ϭ 12) sont les suivantes (en kilojoules
par mole) :
Ne
Na
Mg
1 re ionisation
2 081
496
738
2 e ionisation
3 952
4 562
1 451
On remarque que le sodium a la plus faible énergie de première ionisation et
la plus forte énergie de deuxième ionisation. Comment cela peut-il s’expliquer, pour trois éléments qui se suivent dans la classification périodique ?
Solution
La première ionisation est la perte d’un premier électron (AÆA ϩ ) et la seconde ionisation la
perte d’un deuxième électron par le même atome (A ϩ ÆA 2ϩ ). Qualitativement, on peut observer
que la première ionisation de Na concerne un électron seul sur une nouvelle couche (M), alors
que la deuxième implique le départ de l’un des électrons d’une couche interne (L), qui sont plus
près du noyau. Mais le départ du même électron de la couche L, lors de la première ionisation du
néon, exige beaucoup moins d’énergie. Il faut donc trouver une explication pour les différences
constatées entre des espèces isoélectroniques : Na ϩ et Ne, ou Na et Mg ϩ . Quel est le facteur en
cause ?
Il ne peut s’agir que de la force de l’interaction qui existe entre le noyau et l’électron considéré,
dont une mesure est donnée par la valeur de la charge nucléaire effective (C.N.E.) calculée par
rapport à cet électron [Cours 4.4.2]. Pour chacune des six espèces en discussion on trouve :
Ne
10 – [(0,85 ϫ 2) ϩ (0,35 ϫ 7)] ϭ 5,85
Ne ϩ 10 – [(0,85 ϫ 2) ϩ (0,35 ϫ 6)] ϭ 6,2
Na
11 – [(1,00 ϫ 2) ϩ (0,85 ϫ 8)] ϭ 2,2
Na ϩ 11 – [(0,85 ϫ 2) ϩ (0,35 ϫ 7)] ϭ 6,85
Mg 12 – [(1,00 ϫ 2) ϩ (0,85 ϫ 8) ϩ 0,35] ϭ 2,85
Mg ϩ 12 – [(1,00 ϫ 2) ϩ (0,85 ϫ 8)] ϭ 3,2
On constate que Na a la plus faible C.N.E. et Na ϩ la plus forte, que celle de Na ϩ est plus forte
que celle de Ne, etc. D’une manière générale, le classement des six espèces selon leur C.N.E.,
par rapport à l’électron à arracher est le même que leur classement par rapport aux énergies
d’ionisation correspondantes.
Les énergies d’ionisation sont d’autant plus grandes que la C.N.E. par rapport à l’électron considéré est forte.
Exercice 3.23
Les quatre séries de nombres ci-après représentent les énergies d’ionisation
successives (en électronvolts par atome) de quatre éléments : calcium (Ca),
gallium (Ga), germanium (Ge) et potassium (K), représentés, dans un ordre à
déterminer, par les lettres A, B, C et D. L’examen de ces valeurs vous permetelle d’attribuer à chaque élément ses énergies d’ionisation ?
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Exercice 3.22
Les énergies de première et de deuxième ionisation du néon (Z ϭ 10), du
sodium (Z ϭ 11) et du magnésium (Z ϭ 12) sont les suivantes (en kilojoules
par mole) :
Ne
Na
Mg
1 re ionisation
2 081
496
738
2 e ionisation
3 952
4 562
1 451
On remarque que le sodium a la plus faible énergie de première ionisation et
la plus forte énergie de deuxième ionisation. Comment cela peut-il s’expliquer, pour trois éléments qui se suivent dans la classification périodique ?
Solution
La première ionisation est la perte d’un premier électron (AÆA ϩ ) et la seconde ionisation la
perte d’un deuxième électron par le même atome (A ϩ ÆA 2ϩ ). Qualitativement, on peut observer
que la première ionisation de Na concerne un électron seul sur une nouvelle couche (M), alors
que la deuxième implique le départ de l’un des électrons d’une couche interne (L), qui sont plus
près du noyau. Mais le départ du même électron de la couche L, lors de la première ionisation du
néon, exige beaucoup moins d’énergie. Il faut donc trouver une explication pour les différences
constatées entre des espèces isoélectroniques : Na ϩ et Ne, ou Na et Mg ϩ . Quel est le facteur en
cause ?
Il ne peut s’agir que de la force de l’interaction qui existe entre le noyau et l’électron considéré,
dont une mesure est donnée par la valeur de la charge nucléaire effective (C.N.E.) calculée par
rapport à cet électron [Cours 4.4.2]. Pour chacune des six espèces en discussion on trouve :
Ne
10 – [(0,85 ϫ 2) ϩ (0,35 ϫ 7)] ϭ 5,85
Ne ϩ 10 – [(0,85 ϫ 2) ϩ (0,35 ϫ 6)] ϭ 6,2
Na
11 – [(1,00 ϫ 2) ϩ (0,85 ϫ 8)] ϭ 2,2
Na ϩ 11 – [(0,85 ϫ 2) ϩ (0,35 ϫ 7)] ϭ 6,85
Mg 12 – [(1,00 ϫ 2) ϩ (0,85 ϫ 8) ϩ 0,35] ϭ 2,85
Mg ϩ 12 – [(1,00 ϫ 2) ϩ (0,85 ϫ 8)] ϭ 3,2
On constate que Na a la plus faible C.N.E. et Na ϩ la plus forte, que celle de Na ϩ est plus forte
que celle de Ne, etc. D’une manière générale, le classement des six espèces selon leur C.N.E.,
par rapport à l’électron à arracher est le même que leur classement par rapport aux énergies
d’ionisation correspondantes.
Les énergies d’ionisation sont d’autant plus grandes que la C.N.E. par rapport à l’électron considéré est forte.
Exercice 3.23
Les quatre séries de nombres ci-après représentent les énergies d’ionisation
successives (en électronvolts par atome) de quatre éléments : calcium (Ca),
gallium (Ga), germanium (Ge) et potassium (K), représentés, dans un ordre à
déterminer, par les lettres A, B, C et D. L’examen de ces valeurs vous permetelle d’attribuer à chaque élément ses énergies d’ionisation ?