Corrigé Banque PT 2026 Physique B – Chimie PT — Partie I (Q1 à Q5) : Colorant : Lewis du thiocyanate, spectre d'absorption, loi de Beer-Lambert

Sujet officiel du concours Banque PT, session 2026, épreuve Physique B – Chimie PT. Corrigé rédigé par Ibrahim Alame.

Énoncé

Une cellule solaire à colorant comporte un colorant qui absorbe la lumière, un oxyde conducteur et un électrolyte. Le colorant, noté $A$ , est un complexe du ruthénium comportant des ligands thiocyanate $SCN X^{-}$ , dont le squelette est donné en figure 1. Données : numéros atomiques $Z (C) = 6$ , $Z (N) = 7$ , $Z (S) = 16$ .

Figure 1 — Structure de Lewis incomplète de l'anion thiocyanate.

Q1. Donner le nombre d'électrons de valence de C, N et S.
Q2. En déduire le schéma de Lewis de $SCN X^{-}$ (doublets non liants, position de la charge).

Le spectre d'absorption de $A$ , mesuré pour $c_{1} = 2, 7 \times 1 0^{- 4} mol \cdot L^{- 1}$ , est donné en figure 2.

Figure 2 — Spectre d'absorption du colorant $A$ (concentration $c_{1}$ ).

Q3. Lire, à $10 nm$ près, la longueur d'onde $λ_{m a x, vis}$ du maximum d'absorption dans le visible.
Q4. Justifier par le spectre la couleur rouge du colorant.
Q5. L'absorbance vérifie $A = k c$ : estimer $k$ à $λ_{m a x, vis}$ , avec son unité.

Corrigé

Q1. Les configurations électroniques fondamentales (règles de Klechkowski, de Pauli et de Hund) sont

$C (Z = 6) : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{2}, N (Z = 7) : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{3},$

$S (Z = 16) : 1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{4} .$

Les électrons de valence sont ceux de la couche de nombre quantique principal le plus élevé (ici sans sous-couche $d$ ) :

$C : 4, N : 5, S : 6$

ce qui correspond aux colonnes 14, 15 et 16 du tableau périodique (le soufre est sous l'oxygène).

Q2. Décompte des électrons. L'ion porte une charge $- 1$ : il faut ajouter un électron aux électrons de valence des atomes,

$N_{v} = 4 + 5 + 6 + 1 = 16 e ˊ lectrons, soit 8 doublets.$

Répartition. Le squelette de la figure 1 impose une liaison simple S--C et une liaison triple C $\equiv$ N, soit $4$ doublets liants. Il reste $4$ doublets non liants à placer pour compléter les octets : le carbone est déjà entouré de $4$ doublets ( $1 + 3$ ) ; l'azote a $3$ doublets liants et reçoit $1$ doublet non liant ; le soufre n'a qu'un doublet liant et reçoit les $3$ doublets non liants restants. Tous les atomes vérifient la règle de l'octet.

Charges formelles (électrons de valence de l'atome isolé moins électrons qui lui sont attribués, un par doublet liant, deux par doublet non liant) :

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