Ions du fer et du manganèse — exercice corrigé de chimie quantique (PC) (chapitre 1)

Ions du fer et du manganèse

Orbitales atomiques et classification périodique · niveau 1 (application)

Énoncé

Établir les configurations fondamentales de $Fe$ ( $Z = 26$ ), $Fe X^{2 +}$ , $Fe X^{3 +}$ , $Mn$ ( $Z = 25$ ) et $Mn X^{2 +}$ .
Donner, pour chaque ion, le nombre d'électrons non appariés.
$Fe X^{3 +}$ et $Mn X^{2 +}$ ont-ils le même nombre d'électrons ? Leurs rayons ioniques tabulés (en coordinence 6) valent $65 p m$ et $83 p m$ .

Corrigé

1. Klechkowski donne $Fe$ : $[Ar] 4 s^{2} 3 d^{6}$ et $Mn$ : $[Ar] 4 s^{2} 3 d^{5}$ . Pour les cations, on retire d'abord les électrons $4 s$ :

$Fe X^{2 +} : [Ar] 3 d^{6}, Fe X^{3 +} : [Ar] 3 d^{5}, Mn X^{2 +} : [Ar] 3 d^{5} .$

2. Règle de Hund : $3 d^{6}$ donne $4$ électrons non appariés (cinq orbitales occupées une fois, la sixième paire dans l'une d'elles) ; $3 d^{5}$ en donne $5$ . Donc $Fe X^{2 +}$ : $4$ ; $Fe X^{3 +}$ et $Mn X^{2 +}$ : $5$ .

3. Les deux ions possèdent $23$ électrons et la même configuration $[Ar] 3 d^{5}$ : ils sont isoélectroniques. Le noyau de $Fe X^{3 +}$ porte une charge de plus ( $Z = 26$ contre $25$ ) pour le même cortège : la charge effective vue par les électrons externes est plus grande, le nuage est plus contracté. $Fe X^{3 +}$ est le plus petit : $r (Fe X^{3 +}) = 65 p m$ , $r (Mn X^{2 +}) = 83 p m$ .