Structure de l'atome, cortège électronique et configuration électronique (programme de 1re Spécialité PC)
Évaluation complète de fin de chapitre, tout en niveau difficile. Travaille seul et sans aide, puis vérifie tes réponses avec le corrigé détaillé dépliable en bas de page.
Exercice 1 — Analyse de nuclides
Corrigé :
| Nuclide | Z (protons) | N (neutrons) | e⁻ (atome neutre) |
|---|---|---|---|
| $^{31}_{15}$P | 15 | 31−15 = 16 | 15 |
| $^{56}_{26}$Fe | 26 | 56−26 = 30 | 26 |
| $^{238}_{92}$U | 92 | 238−92 = 146 | 92 |
| $^{4}_{2}$He | 2 | 4−2 = 2 | 2 |
Exercice 2 — Isotopes du néon
Corrigé :
1. Les trois atomes ont le même numéro atomique $Z = 10$ (ils appartiennent tous à l'élément néon) mais des nombres de masse différents (A = 20, 21 et 22), donc des nombres de neutrons différents (N = 10, 11 et 12). Ce sont bien des isotopes.
2. $M(\mathrm{Ne}) = 0{,}9048 \times 20 + 0{,}0027 \times 21 + 0{,}0925 \times 22$
$= 18{,}096 + 0{,}0567 + 2{,}035 = 20{,}19\ \mathrm{g/mol}$
3. La masse atomique n'est pas un entier car c'est une moyenne pondérée des masses des différents isotopes, chacun pondéré par son abondance naturelle. Cette moyenne peut donner une valeur non entière.
Exercice 3 — Configurations électroniques et propriétés
Corrigé :
1. Configurations électroniques :
• Si ($Z=14$) : $1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^2\ 3p^2$
• Ar ($Z=18$) : $1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^2\ 3p^6$
• K ($Z=19$) : $1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^2\ 3p^6\ 4s^1$
2. Électrons de valence :
• Si : couche n=3 → $3s^2\ 3p^2$ → 4 électrons de valence
• Ar : couche n=3 → $3s^2\ 3p^6$ → 8 électrons de valence
• K : couche n=4 → $4s^1$ → 1 électron de valence
3. L'argon possède 8 électrons de valence (couche externe complète : $3s^2\ 3p^6$). Cette configuration est particulièrement stable (octet complet), ce qui explique pourquoi l'argon ne réagit pratiquement pas chimiquement.
4. K : $[\mathrm{Ar}]\ 4s^1$ (car [Ar] = $1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^2\ 3p^6$, configuration du gaz noble précédent).
Exercice 4 — Ions et règle de l'octet
Corrigé :
• Mg²⁺ : Mg neutre → $1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^2$. Mg²⁺ perd 2 électrons (les 3s²) → $1s^2\ 2s^2\ 2p^6$. C'est la configuration du néon (Z=10).
• N³⁻ : N neutre → $1s^2\ 2s^2\ 2p^3$. N³⁻ gagne 3 électrons → $1s^2\ 2s^2\ 2p^6$. C'est la configuration du néon (Z=10).
• Cl⁻ : Cl neutre → $[\mathrm{Ne}]\ 3s^2\ 3p^5$. Cl⁻ gagne 1 électron → $[\mathrm{Ne}]\ 3s^2\ 3p^6$. C'est la configuration de l'argon (Z=18).
Exercice 5 — Ordre de grandeur et structure de l'atome
Corrigé :
1. $\frac{r}{r_{noyau}} = \frac{77 \times 10^{-12}}{2{,}7 \times 10^{-15}} = \frac{77}{2{,}7} \times 10^{-12+15} = 28{,}5 \times 10^3 \approx 2{,}85 \times 10^4$
Le rayon de l'atome est environ 30 000 fois plus grand que celui du noyau.
2. L'atome est composé essentiellement de vide : le noyau (qui porte la quasi-totalité de la masse) est extrêmement petit par rapport à l'atome. Le cortège électronique occupe tout l'espace mais ne représente qu'une infime fraction de la masse.
3. La masse du $^{12}\mathrm{C}$ est $m \approx A \times 1\ \mathrm{u} = 12 \times 1{,}66054 \times 10^{-27} \approx 1{,}99 \times 10^{-26}$ kg.
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