Situer un élément dans le tableau à partir de Z — exercice corrigé de chimie quantique (PC) (chapitre 1)

Situer un élément dans le tableau à partir de

Z

Orbitales atomiques et classification périodique · niveau 1 (application)

Énoncé

Pour les éléments de numéros atomiques $19$ , $33$ , $40$ , $53$ et $56$ , établir la configuration fondamentale, puis donner la période, le bloc, le numéro de colonne et, s'il y a lieu, la famille.
Quel élément de la quatrième période appartient au bloc $p$ et possède trois électrons non appariés ? Un élément du bloc $d$ de la même période a aussi trois électrons non appariés : lequel ?

Corrigé

1. On remplit dans l'ordre de Klechkowski, puis on lit la période sur le plus grand $n$ , le bloc sur la sous-couche en cours de remplissage, la colonne sur le nombre d'électrons de valence ( $+ 10$ dans le bloc $p$ ) :

$Z$	élément	configuration	période	bloc, colonne	famille
$19$	$K$	$[Ar] 4 s^{1}$	4	$s$ , 1	alcalins
$33$	$As$	$[Ar] 4 s^{2} 3 d^{10} 4 p^{3}$	4	$p$ , $10 + 5 = 15$	—
$40$	$Zr$	$[Kr] 5 s^{2} 4 d^{2}$	5	$d$ , 4	métal de transition
$53$	$I$	$[Kr] 5 s^{2} 4 d^{10} 5 p^{5}$	5	$p$ , $10 + 7 = 17$	halogènes
$56$	$Ba$	$[Xe] 6 s^{2}$	6	$s$ , 2	alcalino-terreux

Pour l'arsenic et l'iode, les électrons $3 d^{10}$ (ou $4 d^{10}$ ) forment une sous-couche pleine, plus interne que la couche de valence : ils ne comptent pas parmi les électrons de valence.

2. Trois électrons non appariés dans le bloc $p$ demandent une configuration $n p^{3}$ (un électron dans chacune des trois orbitales $p$ , règle de Hund) : dans la quatrième période, c'est $4 s^{2} 3 d^{10} 4 p^{3}$ , l'arsenic ( $Z = 33$ ). Dans le bloc $d$ de la même période, $3 d^{3}$ convient : $[Ar] 4 s^{2} 3 d^{3}$ , le vanadium ( $Z = 23$ ). (La configuration $3 d^{7}$ , celle du cobalt, en a aussi trois : $5$ orbitales, $7$ électrons, deux paires.)