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Physique-Chimie

Chimie

Atomes et classification périodique

Dans cette vidéo, Leïla parle des séries de Balmer pour l'hydrogène et le deutérium, qui correspondent aux désexcitations vers le niveau d'énergie n = 2. Elle explique que la formule pour calculer ces longueurs d'onde est 1/λ = R(1/n^2 - 1/p^2), avec p > n. Elle montre ensuite comment calculer la constante de Rydberg avec 5 chiffres significatifs pour le deutérium en utilisant une régression linéaire.

Leïla poursuit en abordant le nombre maximum d'électrons pouvant être contenus dans un niveau d'énergie N. Elle donne des exemples pour les niveaux N = 1, 2, 3 et 4, en montrant que la formule 2N^2 fonctionne pour ces cas.

Ensuite, elle aborde la définition de l'affinité électronique de l'hydrogène, qui est l'énergie d'attachement nécessaire pour former l'ion H-. La réaction associée est H+ + e- → H-. Leïla souligne l'importance de connaître cette définition, même si elle est moins souvent demandée que l'énergie d'ionisation.

Enfin, Leïla parle de la table donnant les affinités électroniques, indiquant que l'énergie d'attachement est faible mais positive, et la plus faible dans chaque période. Elle explique que les éléments ayant la plus faible énergie d'ionisation sont les alcalins, car ils ont tendance à vouloir être ionisés pour atteindre la structure électronique des gaz rares.

C'est ainsi que se termine la vidéo, et Leïla encourage les spectateurs à poser des questions ou à faire des remarques dans les commentaires.

Salut, c'est Leïla pour Sudeo. Aujourd'hui, on va travailler autour de l'élément hydrogène. Donc l'idée, c'est de vous poser un peu des petites questions autour de l'hydrogène. C'est quelque chose qui est très commun, surtout en début de sujet de concours. Et donc, pour ça, on regarde ce qu'on appelle les séries de Balmer pour l'hydrogène et pour le deutérium. Donc, qu'est-ce que c'est les séries de Balmer ? En fait, c'est les longueurs d'onde qui correspondent aux désexcitations. Et en l'occurrence, elles correspondent aux désexcitations vers le niveau d'énergie n égale 2. Donc, on connaît en fait la forme que prennent ces longueurs d'onde dans ce cas-là. C'est 1 sur lambda égale R, facteur de 1 sur n carré, moins 1 sur p carré. Et donc, p est supérieur à n. C'est la couche de laquelle on va, vers laquelle on désexcite, ensuite pour atteindre n égale 2. Donc, on demande de calculer la constante de Rydberg avec 5 chiffres significatifs pour le deutérium et de donner la méthode. Donc, ça, c'est une question qu'on poserait, je pense, plus en TP quand on court ou peut-être plus à l'oral parce qu'elle demande de rentrer les régressions linéaires à la calculette. Mais peu importe, voilà. Donc, l'idée, c'est qu'ici, on est dans les désexcitations des p vers les n égales 2. Donc, 1 sur lambda, c'est R, 1 sur 4, ce 4 ici qui vient du n égale 2, moins 1 sur p carré. Et ça, c'est valable pour p égale 3, 4, 5 et 6 puisqu'on vous donne les 4 premières ici. Et donc, il y a un facteur de proportionnalité entre 1 sur lambda et 1 quart moins 1 sur p carré. Ici, vous connaissez en fait les p, vous pouvez les connaître facilement puisqu'on vous dit que c'est les 4 premières. Et donc, pour ça, il va falloir faire une régression linéaire. Donc, l'idée, c'est de tracer 1 sur lambda en fonction de 1 sur p carré. Et comme ça, vous allez avoir le coefficient directeur qui va être moins R. Donc, pour être sûr de quelle valeur de p on a, on peut vérifier que plus lambda est grand, plus p est petit. Et donc, les 4 lambda les plus grands, ils sont pour les 4 p les plus petits. Et donc, c'est bien p égale 3, 4, 5 et 6. Et donc, qu'est-ce qu'on trouve ici si on fait ça à la calculette ? On trouve que R, c'est 10 977 fois 10 moins 2 nanomètres moins 20. Ici, je ne vous ai pas mis en écriture scientifique mais ce serait plus pertinent de le faire en effet. Et donc, c'est la valeur qu'il fallait avec les 5 chiffres significatifs dont on parlait. Donc, faites attention ici aux unités. Il faut absolument mettre des unités. Au pire du pire, si vraiment vous avez la flemme de trouver l'unité parce qu'elle est compliquée, vous mettez U, S, I. Mais toute valeur numérique sans unité est comptée fausse dans tous les concours et certainement tous vos DS également. Ensuite, ça s'est fait. Donc, on pose N, le nombre quantique principal et on nous demande le maximum d'électrons que peut contenir un niveau d'énergie E, N. Ça, ce n'est pas du tout évident. Soit vous l'avez vu en cours, en quel cas c'est simple, soit on peut raisonner un peu intuitivement. Là, je vous ai représenté les niveaux d'énergie avec les différentes couches. Et donc, si on compte pour N égale 1, on voit qu'il contient 2 électrons puisqu'il a uniquement la sous-couche S. Pour N égale 2, on a la sous-couche S mais également la P. Donc, il va contenir 8 électrons. Pour la 3, il va en contenir 18 puisqu'il y a la D qui rentre en jeu. Et pour la 4, la F va rentrer en jeu également et à partir de la 4, il va rester la F. Et donc, elles auront toutes 32 électrons. Et donc, pour N qui va de 1 à 4, la formule qui marche bien, c'est 2N². Vous voyez que ça va bien marcher ici pour 2, 8, 18 et 32. Je pense que c'est la manière la plus sympa d'aboutir à ce maximum d'électrons qui est contenu pour une certaine énergie. Donnez la définition de l'affinité électronique à E de l'hydrogène en indiquant l'équation de la réaction associée. Donc ça, c'est quelque chose à connaître par cœur, que vous, en général, vous en souvenez un peu moins que les énergies d'ionisation. Et donc, l'idée, en fait, c'est que HG plus 1 électron donne HG moins. C'est un peu l'inverse de l'ionisation, si vous voulez. Et donc, l'affinité électronique, c'est moins l'énergie d'attachement. L'énergie de premier attachement électronique, c'est l'énergie qu'il faut pour donner un électron en plus à notre atome. Et donc, ce qui est associé, c'est M. J'ai mis entre parenthèses G pour indiquer en gaz, mais ce n'est pas spécialement nécessaire, plus un électron qui donne M moins. Donc ça, ça va être ça, l'affinité électronique. Et donc, qu'est-ce que je dis ? Oui, l'affinité électronique, c'est moins l'énergie d'attachement électronique. Et donc, c'est H moins gazeux qui donne 1 électron plus H gazeux. En fait, c'est l'inverse de la réaction, vous voyez. Dans un sens, on a l'énergie d'attachement, on forme l'ion H moins. Et dans l'autre sens, en fait, on le défait, entre guillemets, on sépare, en fait, l'électron de notre atome de base. Mais c'est exactement la même chose. Je pense que c'est bien de s'en souvenir comme ça, en termes d'énergie d'attachement, énergie de ionisation, et de se souvenir de ce que c'est cette affinité électronique. C'est quelque chose qui ne tombe pas souvent, mais quand ça tombe, il vaut mieux connaître bien les définitions. Qu'est-ce qu'on nous a demandé ensemble ? Ensuite, on nous donne la table qui nous donne l'énergie d'attachement, enfin, cette affinité électronique, justement. On dit qu'elle est faible, mais qu'elle est positive, et c'est la plus faible dans chaque période. Et on nous demande dans quelles colonnes ils sont situés. Alors, pour ça, ce qu'on va faire, c'est qu'on va d'abord vous rappeler, effectivement, qu'une période, c'est une ligne, dans le jargon de la classification périodique. Donc, l'énergie d'ionisation, quand est-ce qu'elle est faible ? Elle est faible pour les alcalins. Ici, vous voyez, pourquoi ? Parce que les alcalins, ils n'ont pas trop envie d'être ionisés, ici. Et donc, a priori, c'est eux qui ont la plus faible. Contrairement, vous voyez... Pardon, je vous ai dit qu'ils n'avaient pas envie d'être ionisés. Au contraire, ils ont très envie d'être ionisés, parce qu'ils ont très envie d'avoir, vous voyez, les structures électroniques des gaz rares, donc hélium, néon, argon, krypton, xénon, etc. Et eux, leur énergie d'ionisation, elle présente un pic, parce que, justement, eux, il faudrait fournir une énergie très grande pour les ioniser, parce qu'ils n'ont pas du tout envie d'être ionisés. Les gaz rares, ils sont super contents de la structure électronique qu'ils ont, à tel point que tous les autres éléments de la classification veulent atteindre leur configuration électronique également. Donc voilà. Et donc, c'est forcément des alcalins si l'énergie d'ionisation est la plus faible de la période. J'espère que cette vidéo vous aura été utile. N'hésitez pas à poser vos questions ou faire des remarques en commentaire.

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