Trois configurations, dont une impossible

Exercice d'entraînement · niveau 3 (difficile) · chimie (seconde), chapitre 2 — Constitution de la Matière à l'Échelle Microscopique · Configuration électronique et classification périodique

Énoncé

Trois élèves proposent chacun une configuration électronique d'atome neutre à l'état fondamental :

(a) $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{4}$ ; (b) $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{5} 3 s^{2}$ ; (c) $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6}$ .

1. Vérifier chaque proposition et repérer celle qui est impossible. Énoncer la règle violée.<br> 2. Corriger cette configuration, en conservant le nombre total d'électrons.<br> 3. Donner le numéro atomique correspondant à chacune des trois configurations correctes.<br> 4. Parmi ces trois atomes, lequel est un gaz noble ? Justifier.

Corrigé

1. La configuration impossible. C'est la (b). Elle place deux électrons sur $3 s$ alors que la sous-couche $2 p$ n'est pas saturée : elle n'en contient que $5$ sur les $6$ possibles. On ne passe à une sous-couche qu'une fois la précédente remplie, les sous-couches se remplissant dans l'ordre des énergies croissantes $1 s$ , $2 s$ , $2 p$ , $3 s$ , $3 p$ . Les propositions (a) et (c) respectent cet ordre et les capacités ( $2$ électrons pour une sous-couche $s$ , $6$ pour une sous-couche $p$ ).

2. La correction. La proposition (b) compte $2 + 2 + 5 + 2 = 9$ électrons. Placés dans le bon ordre, ils donnent : $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{5} .$

3. Les trois numéros atomiques. La somme des exposants vaut $Z$ :

(a) : $2 + 2 + 6 + 2 + 4 = 16$ ;
(b) corrigée : $2 + 2 + 5 = 9$ ;
(c) : $2 + 2 + 6 + 2 + 6 = 18$ .

4. Le gaz noble. C'est (c), de $Z = 18$ : sa couche externe $n = 3$ porte $3 s^{2} 3 p^{6}$ , soit un octet. Cette couche externe saturée explique son inertie chimique. L'atome (a), avec $6$ électrons de valence, et l'atome (b), avec $7$ , sont au contraire très réactifs.

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