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Physique-Chimie

Chimie

Atomes et classification périodique

Le cours porte sur le manganèse et aborde les sujets des configurations électroniques, des énergies de ionisation et de la classification périodique. La structure électronique fondamentale de l'atome de manganèse est 1s², 2s², 2p6, 3s², 3p6, 4s² et 3d5. L'élément appartient au bloc D de la classification périodique en raison de la sous-couche D en cours de remplissage. Les degrés d'oxydation accessibles au manganèse sont de 1 à 7, car il a 7 électrons de valence. Les degrés d'oxydation les plus stables pour le manganèse sont +2 et +7. Les énergies de troisième ionisation de certains éléments de la période du manganèse sont discutées, avec un écart particulièrement élevé pour le fer en raison de sa sous-couche D semi-remplie. Il est également souligné que lors de la formation d'ions, les électrons sont enlevés dans l'ordre croissant des niveaux d'énergie.

Salut, c'est Leïla pour Studio. Aujourd'hui, on va travailler autour du manganèse. Ok, donc l'exercice d'aujourd'hui, c'est un exercice autour du manganèse. C'est un bon prétexte pour vous faire travailler les configurations électroniques, les énergies de ionisation et tout ce qui concerne la classification en général. Alors allons-y. On commence par nous demander la structure électronique fondamentale de l'atome de manganèse. Pour ça, on utilise la règle de Klikowski. Si elle n'est pas maîtrisée, je vous renvoie à mes précédentes vidéos, je vous explique précisément comment faire le fameux graphique pour ne pas se tromper sur l'ordre des sous-couches. Donc on est à Z égale 25 et donc c'est une structure en 1s², 2s², 2p6, 3s², 3p6, 4s² et 3d5. Les électrons des couches qui sont en cours de remplissage, donc la 4s² et la 3d5, ce sont ces électrons de valence. A quel bloc appartient l'élément et pourquoi ? Alors pour ça, je vous ai reproduit ici le fameux grand tableau de la classification périodique avec les fameux blocs. Donc on est dans le bloc D, on le voit ici. Pourquoi on peut le dire ? Parce qu'on a la sous-couche D qui est en cours de remplissage, on est en 3d5. Et donc pour vous montrer quels sont les autres blocs, je vous ai mis ici à gauche en rouge le bloc S. Donc ça veut dire que les sous-couches S sont en cours de remplissage. Le bloc P, c'est là où la sous-couche P est en cours de remplissage. Alors petite exception à ça, c'est l'hélium. Vous voyez, l'hélium, en fait, il est du côté du bloc P. On l'a mis avec parce qu'il a la structure d'un gaz rare, c'est un gaz rare, et donc il a des propriétés physiques du gaz rare, et donc on l'a mis avec les éléments qui ont la même propriété physique que lui. Pourquoi en fait c'est une exception ? Ça c'est parce que l'hydrogène et l'hélium respectent la règle du duet, donc ce n'est pas tout à fait les mêmes règles que pour tous les éléments qui suivent. Et finalement, un bloc qu'on ne manipule pas souvent, qui est en fait en bas, ici, donc en rose, c'est le bloc F. Vous voyez, il y a 14 éléments de chaque période, parce qu'on est en train de remplir les sous-couches F, et donc il y a 14 électrons dans chaque sous-couche. Voilà pour le bloc. Alors, on nous demande quels sont les degrés d'oxydation accessibles au manganèse. Je vous rappelle que les degrés d'oxydation, ça correspond à l'ion hypothétique que ça formerait, donc combien d'électrons on enlèverait pour pouvoir former cet ion-là. Il faut regarder du coup bien du côté des électrons de valence. Donc ici, notre manganèse, il a 7 électrons de valence. Vous voyez, c'est ceux de la couche S2 et ceux de la couche D5. Et donc, a priori, les nombres d'oxydation qui sont possibles sont de 1 à 7. Pourquoi ? Parce qu'au-delà, ça veut dire qu'on arrache des électrons de la couche P, et il n'a pas du tout envie qu'on lui enlève les électrons de la couche P, parce que c'est la structure d'un gaz rare. Donc dès qu'on arrive au gaz rare, on ne touche plus, il n'y a pas de raison qu'on touche à ces électrons-là. S'il est à plus 7, il a la structure de l'argon. Et s'il est à la plus 2, ça veut dire qu'on arrache 2 électrons, il va avoir une sous-couche D semi-remplie. Et ça, je vous en ai déjà parlé, c'est un cas de stabilité pour tous ces métaux de transition, c'est-à-dire qui sont dans le bloc D. Ils aiment bien avoir leur sous-couche D soit entièrement remplie, soit semi-remplie. Ce n'est pas tout à fait stable que s'ils avaient la structure d'un gaz rare, mais c'est un argument de stabilité en plus. Donc ils aiment bien ça. Attention ici, pour l'écriture conventionnelle, lorsque vous formez des ions, vous avez la règle de Klikowski qui vous indique dans quel sens remplir les électrons, mais les électrons ne s'enlèvent pas dans le même sens. Donc il faut d'abord que vous repassiez votre configuration électronique dans le sens des n croissants. Et donc ça vous montre que pour le cas ici du magnésium, on va d'abord enlever les électrons qui sont sur la couche S, parce que c'est la couche 4, et non pas ceux de la couche D, même si c'est celle qu'on a remplie en dernier, parce que c'est une couche 3D. Donc vraiment faites attention à ça, je vois ça un nombre innombrable de fois. Vous vous trompez, alors que c'est des erreurs bêtes, parce qu'après toute la suite, quand on vous demande de montrer les exceptions etc, ça va être faux, donc faites attention à ça vraiment. Donc voilà pour ça. Quels sont les plus stables ? Voilà, les plus stables, on y a déjà répondu. Donc on précise les énergies de troisième ionisation de quelques éléments de la période du manganèse. Et donc on vous rappelle, mais il faut quand même le savoir, que la troisième ionisation, c'est lorsqu'on arrache un électron à l'ion M2+, pour former un ion M3+. Donc on vous demande de commenter ces valeurs. Donc voilà ce que ça donne, si je trace schématiquement là, j'ai fait ça sans échelle, il y a un truc qui est surprenant, c'est le fer qui est super bas par rapport aux autres. Donc on va essayer de comprendre ensemble pourquoi. Donc pour Mn2+, vous voyez que j'ai mis, ce que j'ai noté Gn, c'est la structure électronique d'un gaz rare. On est en un gaz rare plus 3Dx, donc on commence en fait à enlever, on a enlevé tous les électrons de la couche 4S, et on va commencer à attaquer les 3D. Les électrons de valence, ils sont de plus en plus liés au noyau, lorsque N croît, ça c'est ce que nous montre ce graphique là, parce que l'énergie d'ionisation, de troisième ionisation, est de plus en plus grande. Plus l'énergie est grande, plus c'est difficile d'enlever un électron, donc moins l'atome a envie de laisser faire ça, donc plus les électrons sont liés au noyau. Il y a deux cas, soit on sionise facilement, soit on est lié au noyau, lorsqu'on a une énergie d'ionisation trop grande. C'est ce qu'on voit ici, très très facilement dans ce graphe là. Le mine, il est pour SC3+, qui a la configuration électronique de l'argon. Je vous ai rappelé que plus E est élevé, plus c'est difficile d'ioniser. Par contre, on voit qu'en fait, quand il perd un électron, FE3+, il a une sous-couche D qui est à moitié remplie, si on se place du point de vue de sa configuration, et comme je vous l'ai dit, les métaux de transition, il a une sous-couche D à moitié remplie. De manière générale, une sous-couche entièrement remplie ou à moitié remplie, ça confère une petite stabilité, mais disons que quand c'est une sous-couche D, c'est vraiment une très grande stabilité. C'est pour ça qu'il y a un très grand écart avec l'énergie d'ionisation. L'ion FE3+, est très content. Quand on a déjà FE2+, c'est super facile d'enlever un électron de plus pour former FE3+, il est particulièrement stable. Par contre, si Mn2+, il perd un électron, en fait, lui, il a déjà cette stabilité-là. On en a déjà parlé, il a déjà sa sous-couche D à moitié remplie, donc lui, il n'est vraiment pas content de perdre un électron en plus, et donc c'est pour ça qu'il va avoir une grande énergie d'ionisation. Comme je vous l'ai dit, je vous le répète, on enlève d'abord les électrons de la couche 4S. On fait ça avec la notation conventionnelle de la configuration électronique. C'est tout pour aujourd'hui, j'espère que cette vidéo vous aura été utile pour préparer vos DS. N'hésitez pas si vous avez des questions en commentaire.

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