Les halogènes : solubilité et complexation du diiode en solution aqueuse concours Capes interne 2008

Architecture de la matière. Décrire, en quelques lignes, le principe de construction de la classification périodique. Les éléments sont classés par numéro atomique croissant : l'ordre de remplissage des orbitales atomiques est respecté. Dans une colonne ( famille) les éléments ont des propriétés chimiques analogues. Au sein d'une période, on observe une variation progressive des propriétés chimiques des éléments. Le numéro atomique du chlore est Z=17. Donner la configuration atomique du chlore dans son état fondamental. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5. Rappeler les règles permettant d'établir cette configuration. Règles permettant d'établir la structure électronique d'un atome polyélectronique : Règle de Pauli : deux électrons se différencient par au moins l'un de leur nombres quantiques n, l, m et s. Règle de Klechkowski : l'ordre de remplissage des orbitales se fait suivant (n+l) croissant ; si deux orbitales atomiques ont le même nombre (l+n), celle qui a la plus faible valeur de n est remplie en premier ( principe de stabilité) 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f... Règle de Hund : cas des orbitales de mêmes énergie. Les électrons de spins parallèles occupent le maximum d'orbitales. Dans le cas du chlore, identifier les électrons de coeur et de valence. Coeur : 1s2 2s2 2p6 Valence : 3s2 3p5 L'atome de chlore est-il paramagétique ou diamagnétique ? Justifier. Un atome dont les couches électroniques sont totalement remplies ne possède pas de moment magnétique. L'atome de chlore possède une couche électronique incomplète ( existence d'un électron célibataire ) Une substance paramagnétique possède au moins un électron célibataire. Donner sa représentation de Lewis. On ne représente que les électrons externes de valence : Dans quelle colonne de la classification périodique place t-on les halogènes ? Justifier. 17è colonne ou colonne VII A ( 7 électrons de valence). En descendant dans la colonne des halogènes, on trouve dans l'ordre : fluor, chlore, brome, iode. Déterminer le numéroatomique de l'iode. Fluor : Z = 2+7 = 9 ; chlore : Z = Zfluor + 8 = 17. brome : Z = Zchlore + 18 = 35 ; iode : Z = Zbrome + 18 =53.   Electronégativité. Comment définit-on l'électronégativité d'un élément ? L'électronégativité est l'aptitude d'un élément à attirer les électrons d'une liaison covalente. Comment varie t-elle dans la classification périodique ? L'électronégativité croît lorsqu'on se déplace vers la droite ou vers le haut dans le tableau périodique. En pratique F O N Cl I S C H est un moyen mnémotechnique qui permet de retenir l'électronégativité des principaux éléments dans l'ordre décroissant. Citer deux échelles d'électronégativité. Pauling, Mulliken. Solubilité et complexation du diiode en solution aqueuse. Les cristaux de diiode sont solubles dans les solvants organiques ( cyclohexane), mais peu solubles dans l'eau. Quelle(s) interaction(s) assure(nt) la cohésion des cristaux de diiode à l'état solide ? La molécule I2 est covalente symétrique globalement neutre. Le nuage électronique peut se déformer et un "dipôle instantané" apparaît. Chaque extrêmité de la molécule acquiert une charge partielle éphémère : l'une positive, l'autre négative. Les dipôles formés s'attirent : ils établissent des laisons de type de Van der Waals. En déduire la faible dureté et la sublimation aisée de ces cristaux. Les liaisons de type Van der Waals sont des liaisons faibles. Expliquer la faible solubilité du diiode dans l'eau. La molécule I2 est covalente symétrique, non polaire. L'eau est un solvant polaire. Une molécule non polaire est soluble dans des solvants eux mêmes non polaires, mais peu soluble dans un solvant polaire. On souhaite dissoudre des cristaux de diiode dans l'eau. Soit K la constante d'équilibre associée à l'écriture la plus simple de l'équation de cette réaction. K= 1,34 10-3 à 298 K. Donner l'équation de la réaction de dissolution correspondante. ½I2(s) = I-(aq). En déduire la solubilité du diiode dans l'eau en mol/L puis en g/L. M(I) = 126,9 g/mol) K = [I-(aq)] soit [I-(aq)] = K = 1,34 10-3 mol/L. M(I2) = 126,9*2 =253,8 g/mol d'où 253,8 *1,34 10-3 = 0,340 g/L. En solution aqueuse, le diiode et l'ion iodure donnent lieu à une réaction de complexation dont l'équation est : I2 aq + I-aq = I3-aq.(1) La constante de formation du complexe est : Kf = 750. Expliciter Kf en fonction des concentrations molaires des réactifs et produits. Kf = [I3- aq ] / ([I-aq] [I2aq]). Quel est l'intérêt de l'ajout des ions iodure lors de la préparation d'une solution aqueuse de diiode ? Justifier.  En ajoutant des ions iodure , l'équilibre (1) est déplacé vers la droite ( sens direct ), c'est à dire dissolution du diiode. On prépare une solution aqueuse de diiode en introduisant 10,0 g de diiode solide et 40,0 g d'iodure de potassium solide dans une fiole jaugée de 1,00 L. On dissout les solides puis on complète au trait de jauge avec de l'eau distillée. On suppose que la dissolution des deux solides est totale. Construire un tableau d'avancement pour la réaction de complexation. K : 39,1 g/mol n0(I2)=10,0 / 253,8 =3,94 10-2 mol ; n0(KI) = 40,0 / (126,9+39,1) =0,241 mol avancement (mol) I2 aq + I-aq = I3-aq initial 0 3,94 10-2 0,241 0 en cours x 3,94 10-2 -x 0,241-x x équilibre xéq 3,94 10-2-xéq 0,241-xéq xéq Déterminer les concentrations des ions I-aq, I3-aq et de I2 aq à l'équilibre. Kf = [I3- aq ] / ([I-aq] [I2aq]). On note X = xéq 750 = X /(0,241-X)(3,94 10-2-X) ; 750(0,241-X)(3,94 10-2-X) = X X2 -0,2817 X + 9,495 10-3=0 d'où X =3,92 10-2 ; l'autre solution, supérieure à 0,241, n'est pas à retenir. [I3- aq ] = 3,92 10-2 mol/L ; [I-aq] = 0,241-3,92 10-2 ; [I-aq] = 0,202 mol/L. [I2aq] = [I3- aq ] / ([I-aq] Kf ) = 3,92 10-2 / (0,202*750) ; [I2aq] = 2,6 10-4 mol/L. L'hypothèse concernant la dissolution totale du diiode est-elle vérifiée ? Justifier. [I2aq] est inférieure à la solubilité du diiode à 25°C ( 1,34 10-3 mol/L). Le diiode solide est entièrement dissout.

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