Modélisation de la matière à l'échelle microscopique

Exercice 1 : L'atome de chlore (6 points)

L'un des isotopes stables du chlore est le chlore 35, dont le noyau est symbolisé par $^{35}_{17}Cl$.

Données :

• Masse d'un nucléon (proton ou neutron) : $m_{nucléon} \approx 1,7 \times 10^{-27}$ kg

• Charge élémentaire : $e = 1,6 \times 10^{-19}$ C

1. Donner le nom, le numéro atomique Z et le nombre de masse A pour cet atome de chlore. (1 pt)

2. Déterminer la composition du noyau de l'atome de chlore 35 (nombre de protons et nombre de neutrons). (1,5 pt)

3. Combien d'électrons possède l'atome de chlore ? Justifier la réponse en se basant sur la charge électrique de l'atome. (1,5 pt)

4. Calculer la masse approchée d'un atome de chlore 35. (1 pt)

5. La taille d'un atome est de l'ordre de $10^{-10}$ m et celle de son noyau de l'ordre de $10^{-15}$ m. Que peut-on en conclure sur la structure de la matière à l'échelle atomique ? (1 pt)

Exercice 2 : Du magnésium à l'ion magnésium (8 points)

L'élément magnésium a pour numéro atomique Z = 12.

1. Établir la configuration électronique de l'atome de magnésium (Mg) à l'état fondamental. (1 pt)

2. Combien d'électrons de valence cet atome possède-t-il ? (1 pt)

3. En déduire la ligne et la colonne du tableau périodique où se situe l'élément magnésium. (1 pt)

4. Les gaz nobles sont des éléments chimiquement très stables. Leur configuration électronique externe est en duet (2 électrons) ou en octet (8 électrons). Pour acquérir la même structure électronique que le gaz noble le plus proche de lui dans le tableau périodique, l'atome de magnésium doit-il gagner ou perdre des électrons ? Combien ? (2 pts)

5. Donner la formule de l'ion monoatomique stable que le magnésium est susceptible de former. S'agit-il d'un cation ou d'un anion ? (1,5 pt)

6. Donner la configuration électronique de cet ion. (1,5 pt)

Exercice 3 : Molécule d'ammoniac et quantité de matière (6 points)

L'ammoniac est une molécule de formule brute $NH_3$. Son schéma de Lewis est représenté ci-dessous.

Schéma de Lewis de la molécule d'ammoniac

Données :

• Constante d'Avogadro : $N_A = 6,02 \times 10^{23}$ mol⁻¹

• Masse molaire atomique de l'hydrogène : M(H) = 1,0 g/mol

• Masse molaire atomique de l'azote : M(N) = 14,0 g/mol

1. En observant le schéma de Lewis, indiquer le nombre de doublets liants et le nombre de doublets non-liants autour de l'atome d'azote (N). (1,5 pt)

2. L'atome d'azote (Z=7) et l'atome d'hydrogène (Z=1) respectent-ils la règle du duet ou de l'octet dans cette molécule ? Justifier. (1,5 pt)

3. Calculer la masse molaire de la molécule d'ammoniac ($NH_3$). (1 pt)

4. On considère un échantillon contenant 0,5 mole d'ammoniac.

a. Calculer la masse de cet échantillon. (1 pt)

b. Calculer le nombre de molécules d'ammoniac présentes dans cet échantillon. (1 pt)