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Laquelle des caractéristiques physiques suivantes des métaux de transition de la période quatre reste essentiellement constante du chrome au cuivre ? (A) le point de fusion, (B) le point d’ébullition, (C) la masse volumique, (D) la conductivité électrique, (E) le rayon atomique.
Les métaux de transition de la période quatre du chrome au cuivre comprennent le manganèse, le fer, le cobalt et le nickel. Les points de fusion et d’ébullition d’un métal donné sont déterminés par l’intensité des forces d’attraction entre les atomes de ce métal. L’intensité de ces attractions provient de la liaison métallique entre les atomes et dépend du nombre d’électrons libres délocalisés. Puisque le nombre d’électrons de valence libre diffère lorsque nous passons du chrome au cuivre, les points de fusion diffèrent également.
Bien que nous ne le montrions pas ici, le graphique des points d’ébullition de ces six métaux de transition est similaire. Il n’y a pas de tendance générale claire entre les points de fusion et d’ébullition et les numéros atomiques de ces éléments. Parce que ces deux propriétés ne restent pas constantes du chrome au cuivre, nous pouvons éliminer les choix de réponses (A) et (B).
La quantité d’électrons libres et délocalisés affecte la conductivité électrique d’un métal. Les électrons de valence de la période quatre des atomes d’un métal de transition se trouvent dans les sous-couches 3d et 4s. Parce que ces six métaux de transition ont différents nombres d’électrons de valence et différentes configurations électroniques, nous nous attendons également à ce que leurs conductivités électriques soient différentes. Puisque la conductivité électrique ne reste pas constante du chrome au cuivre, nous pouvons éliminer le choix de réponse (D).
Maintenant, parlons de la masse volumique. Nous pouvons voir dans le graphique fourni que la masse volumique augmente du chrome au cuivre. La masse volumique est liée à la masse des atomes et au volume qu’ils occupent. Les atomes de cuivre sont plus lourds et plus petits que ceux du chrome. Le cuivre est donc plus dense, c'est-à-dire qu’il a une masse volumique plus élevée, que le chrome. Parce que la masse volumique ne reste pas constante, nous pouvons éliminer le choix de réponse (C).
Contrairement à toutes les autres propriétés dont nous avons discutées jusqu’à présent, le rayon atomique est essentiellement constant pour les métaux chrome à cuivre. Cependant, si nous commençons avec le premier métal de transition de la période quatre, qui est le scandium, nous verrons que le rayon atomique diminue pour les atomes suivants puis reste constant après le chrome. Lorsque nous examinons les métaux de transition de la période quatre de gauche à droite, le nombre de protons augmente, ce qui conduit à l’augmentation de la charge nucléaire efficace des atomes.
Le nombre d’électrons de valence dans les orbitales 3d augmente également. Mais parce que le nombre de protons augmente en même temps, les électrons de valence sont rapprochés du noyau, ce qui réduit le rayon atomique. Cependant, du chrome au cuivre, les électrons ajoutés aux orbitales 3d augmentent les répulsions et offrent également un plus grand blindage aux électrons 4s. Parce que les électrons 4s ne sont pas attirés plus près du noyau comme nous pourrions l’espérer, le rayon atomique reste essentiellement constant du chrome au cuivre.
En conclusion, la caractéristique physique des métaux de transition de la période quatre qui reste essentiellement constante du chrome au cuivre est le rayon atomique, soit le choix de réponse (E).
