Corrigé CCINP 2026 Physique-chimie PSI — Partie II (Q9 à Q12) : Oxydation du silicium : thermochimie, rupture d'équilibre, obtention de Si

Q9. La configuration électronique de l'état fondamental du silicium ($Z=14$), obtenue par la règle de Klechkowski, est

$$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^2.$$

Le nombre quantique principal le plus élevé est $n=3$ : le silicium est dans la troisième période. Ses électrons de valence sont $3s^{2}3p^2$ (bloc $p$, quatre électrons de valence) : il appartient à la quatorzième colonne, celle du carbone (famille des cristallogènes : C, Si, Ge, Sn, Pb).

Q10. D'après la loi de Hess, avec les coefficients stœchiométriques algébriques ${\nu }_i$ :

$${\Delta }_{\mathrm{r}}{H}_1^{\circ }=\sum _i{\nu }_i{\Delta }_{\mathrm{f}}{H}_i^{\circ }={\Delta }_{\mathrm{f}}{H}^{\circ }(\mathrm{SiO}{}_2{}_{(\mathrm{s})})-{\Delta }_{\mathrm{f}}{H}^{\circ }(\mathrm{Si}{}_{(\mathrm{s})})-{\Delta }_{\mathrm{f}}{H}^{\circ }(\mathrm{O}{}_2{}_{(\mathrm{g})})$$

$$\boxed{{\Delta }_{\mathrm{r}}{H}_1^{\circ }=-877,4\mathrm{kJ}\cdot \mathrm{mo}{\mathrm{l}}^{-1}}$$

(les corps simples dans leur état standard de référence ont une enthalpie standard de formation nulle). ${\Delta }_{\mathrm{r}}{H}_1^{\circ }<0$ : la réaction est exothermique, et même très fortement.

Q11. De même, avec les entropies molaires standard absolues :

$${\Delta }_{\mathrm{r}}{S}_1^{\circ }=S^{\circ }(\mathrm{SiO}{}_2{}_{(\mathrm{s})})-S^{\circ }(\mathrm{Si}{}_{(\mathrm{s})})-S^{\circ }(\mathrm{O}{}_2{}_{(\mathrm{g})})=41,8-18,8-205,0$$

$$\boxed{{\Delta }_{\mathrm{r}}{S}_1^{\circ }=-182,0\mathrm{J}\cdot \mathrm{mo}{\mathrm{l}}^{-1}\cdot {\mathrm{K}}^{-1}}$$

Ce signe était prévisible : la réaction consomme une mole de gaz et n'en produit aucune ($\Delta {\nu }_{\mathrm{gaz}}=-1$). Le désordre du système diminue fortement, car l'entropie molaire d'un gaz (ici $205\mathrm{J}\cdot \mathrm{mo}{\mathrm{l}}^{-1}\cdot {\mathrm{K}}^{-1}$) est très supérieure à celle d'un solide.