Chimie générale : Td 4 structure de matiere
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Télécharger packECOLE PREPARATOIRE EN SCIENCES ET TECHNIQUES D’ORAN EPSTO Année universitaire : 2011/2012
Module : Chimie
Niveau : 1
ère année STRUCTURE DE LA MATIERE Les modèles classiques de l’atome Travaux Dirigés N° 4 Exercice 1 : (effet photoélectrique) 1- Calculer l’énergie, en eV, du photon de longueur d’onde de 0,1 A°. 2- Le travail d’extraction de l’électron du lithium nécessite une différence de potentiel de 2,46V. a- Calculer la longueur d’onde du seuil photoélectrique (λ0 ). b- Quelle est le vitesse maximale que peuvent atteindre les électrons émis par la surface de ce métal, irradié par une lumière de longueur d’onde de 500 nm ? Exercice 2 : (Atome d’hydrogène) 1- Calculer l’énergie nécessaire, en eV, pour exciter l’électron d’un atome d’hydrogène de l’état fondamental n=1 au niveau excité n=2. Quelle est la longueur d’onde de la radiation lumineuse que doit absorber cet atome pour réaliser cette transition ? 2- Déterminer la plus courte longueur d’onde de la radiation lumineuse que peut émettre l’atome d’hydrogène. A quel domaine spectral appartient cette radiation ? 3- Calculer d’après la théorie de Bohr, le rayon r
1 de la première orbite décrite par l’électron. 4- Le spectre d’émission de l’atome d’hydrogène présente une raie de longueur d’onde de 4850 A°, quelle est la transition correspondante à cette raie ? 5- Calculer la longueur d’onde en A° et la fréquence de la raie de la plus grande longueur d’onde produite dans le visible et celle de la plus petite longueur d’onde produite dans l’UV. On donne : R
H = 1,096 10
7 m
-1 ; C = 3 10
8 m/s ; h = 6,62 10-34 Js ; e = 1,6 10
-19 C. Exercice 3 : (Atome d’hydrogénoϊde) Soit l’atome d’hydrogénoϊde Be
3+ (Z = 4) 1- La raie correspondante à la plus petite longueur d’onde du spectre de Be
3+ est de λ = 57,3 A°. quelle est la transition correspondante a cette raie ? 2- Calculer, en eV, l’énergie de la dernière ionisation de l’ion hydrogénoϊde Be3+ . 3- Quelle est la plus petite valeur d’énergie que doit absorber l’ion hydrogénoϊde Be
3+ pour passer de l’état fondamental n=1 à l’état excité ? 4- Calculer le rayon d’orbite de l’électron pour l’ion hydrogénoϊde Be
3+ se trouvant dans le premier état d’excitation à partir de l’état fondamentale n=1 en utilisant le modèle de Bohr. 5- Calculer les longueurs d’ondes en nm et les fréquences en Hz de la deuxième raie et la raie limite de la série de Balmer de l’ion hydrogénoϊde Be3+ . A quel domaine spectral appartiennent ces raies ? On donne : R
H (Constante
de Rhydberg) = 1,096 10
7 m
-1 ; C = 3 10
8 m/s ; e = 1,6 10
-19 C ;
h (Constante de Planck)=6,62 10-34 Js. Exercice 4 : (Nombres quantiques) 1- Les orbitales de l’atome d’hydrogène sont décrites par trois nombres quantiques : n, l et m. a- Si n=2 et m =-1, quelles sont toutes les valeurs possibles de l ? b- Si n=3 et l =2, quelles sont toutes les valeurs possibles de m ? c- Si m=1 et l=1, quelles sont toutes les valeurs possibles de n ? 2- Parmi les ensembles des nombres quantiques suivants, indiquer, en expliquant pourquoi, lesquels ne sont pas permis pour l’atome d’hydrogène : (2,1,-1), (1,1,0), (8,7,-6),
(1,0,2),
(3,2,2), (4,3,4), (0,0,0), (2,-1,1),
(3,2,0), (2,2,-1),
(3,0,3), (3,-2,0). 3- Un triplet de trois nombres quantiques (n,l,m) caractérise toute orbitale atomique. Indique si les différents symboles caractérisent ou non une orbitale atomique : 1p ; 3f ; 4s ; 2d. Exercice 5 : (Examen 2010-2011) Les potentiels d’excitation successifs de l’atome d’hydrogène ont pour valeur 10,15 ; 12,03 ; 12,69 ; 12,99....volts. Le potentiel d’ionisation a pour valeur 13,54 volts. Exprimer en eV les énergies de l’électron sur les différents niveaux et montrer que ces résultats expérimentaux vérifient la théorie de Bohr. Exercice 6 : (pour étudiant) Dans le spectre d’émission de l’hydrogène, on trouve les trois raies suivantes caractérisées par leur longueur d’onde λ1 = 434,1 nm, λ2 = 486,1 nm et λ3 = 656,3 nm. 1- A quel domaine du spectre électromagnétique appartiennent ces rayonnements lumineux ? 2- Calculer les énergies en joule et en eV. 3- Donner le diagramme des niveaux d’énergies de l’atome d’hydrogène, en précisant l’état fondamental, les états excités ainsi que les énergies d’ionisations. 4- Montrer que les trois raies étudiées correspondent à des transitions qui ramènent l’atome d’hydrogène excité au même état. 5- Quel doit être l’énergie du photon pour faire passer l’atome d’hydrogène du niveau n=1 à n=4 ? Exercice 7 : (pour étudiant) 1- Calculer la longueur d’onde de De Broglie associée à un électron puis à un atome d’hydrogène lorsque leur énergie cinétique est de 1 eV. 2- Calculer la vitesse et l’énergie cinétique d’un électron et d’un neutron dont la longueur d’onde de De Broglie est de 1A°. 3- Que vaux la longueur d’onde d’un grain de poussière de masse m= 10
-12 g, propulsé à la vitesse de 0,1 cm/s?