Un solide ionique à bâtir de bout en bout

Exercice d'entraînement · niveau 3 (difficile) · chimie (seconde), chapitre 2 — Constitution de la Matière à l'Échelle Microscopique · Ions monoatomiques et règles du duet et de l'octet

Énoncé

On veut établir la formule du fluorure d'aluminium, solide ionique formé à partir de l'aluminium ( $Z = 13$ ) et du fluor ( $Z = 9$ ). On donne le numéro atomique du néon, $Z = 10$ .

1. Écrire la configuration électronique de l'atome d'aluminium et de l'atome de fluor, et donner leur nombre d'électrons de valence.<br> 2. Prévoir l'ion formé par chacun, et écrire la configuration électronique de ces deux ions.<br> 3. En déduire la formule du solide ionique, en justifiant par l'électroneutralité.<br> 4. Un élève propose la formule $Al X_{3} F$ . Réfuter cette proposition.

Corrigé

1. Les deux configurations.

aluminium ( $Z = 13$ ) : $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{1}$ ; sa couche externe est $n = 3$ et porte $2 + 1 =$ $3$ électrons de valence ;
fluor ( $Z = 9$ ) : $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{5}$ ; sa couche externe est $n = 2$ et porte $7$ électrons de valence.

2. Les deux ions. L'aluminium n'a que $3$ électrons de valence : il les perd tous trois et forme $Al X^{3 +}$ , de configuration $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6}$ , celle du néon (octet). Le fluor en a $7$ : il en gagne un pour atteindre l'octet et forme $F X^{-}$ , de configuration $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6}$ , celle du néon également.

3. La formule. Le solide doit être électriquement neutre. Un ion $Al X^{3 +}$ apporte $+ 3$ ; il faut donc trois ions $F X^{-}$ , apportant $3 \times (- 1) = - 3$ , pour que la somme soit nulle. En écrivant le cation d'abord et sans indiquer les charges : $AlF X_{3} .$

4. La réfutation. $Al X_{3} F$ associerait trois $Al X^{3 +}$ ( $+ 9$ ) et un $F X^{-}$ ( $- 1$ ), soit une charge totale de $+ 8$ : le solide serait chargé, ce qui est impossible. L'élève a interverti les indices, erreur classique : l'indice de chaque ion est fixé par la charge de l'autre, non par la sienne.

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