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Vidéo de question : Calculer la variation d’énergie lors de l’ajout de 3 électrons à un atome de phosphore Chimie

Les affinités électroniques estimées pour les ajouts successifs d’électrons à un atome de phosphore sont énumérées ci-dessous. P + e⁻ ⟶ P⁻, 𝐸ₑₐ = +72 kJ/mol. P⁻ + e⁻ ⟶ P²⁻, 𝐸ₑₐ = −468 kJ/mol. P²⁻ + e⁻ ⟶ P³⁻, 𝐸ₑₐ = −886 kJ/mol. Quelle est la variation totale d’énergie lors de la formation de l’ion P³⁻ ? P + 3e⁻ ⟶ P³⁻

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Transcription de vidéo

Les affinités électroniques estimées pour les ajouts successifs d’électrons à un atome de phosphore sont énumérées ci-dessous. Un atome de phosphore plus un électron forme un ion P1- avec une affinité électronique de plus 72 kilojoules par mole. Un ion P1- plus un électron forme un ion P2- avec une affinité électronique de moins 468 kilojoules par mole. Un ion P2− plus un électron forme un ion P3− avec une affinité électronique de moins 886 kilojoules par mole. Quelle est la variation totale d’énergie lors de la formation de l’ion P3-, où un atome de phosphore plus trois électrons produisent un ion P3- ?

Cette question porte sur la notion d’affinité électronique. L’affinité électronique est définie comme l’énergie libérée lorsqu’un atome ou un ion gagne un électron. Quand un atome neutre gagne un électron, comme ici dans le premier exemple, la quantité d’énergie libérée s’appelle la première affinité électronique. Lorsqu’un deuxième électron est ajouté, transformant un ion un moins en un ion deux moins, la quantité d’énergie libérée s’appelle la deuxième affinité électronique. Le troisième exemple donne l’énergie libérée lorsqu’un électron est ajouté à un ion P2- pour former un ion P3-. Cette quantité d’énergie est la troisième affinité électronique du phosphore.

Parfois, les termes affinité électronique et première affinité électronique sont utilisés indifféremment. Dans ce cas, le mot électronique ne serait pas inclus dans la définition. Cette question concerne la variation totale d’énergie lors de la formation de l’ion P3−. L’équation en bas de l’écran montre un atome de phosphore neutre qui gagne trois électrons pour former cet ion. Les trois équations présentées au début de la question montrent également un atome de phosphore initial qui se transforme en un ion P3-. Au lieu d’ajouter trois électrons à la fois, les électrons sont ajoutés un par un, un dans chacune des trois équations.

Si on veut connaître la quantité d’énergie libérée lors de l’ajout de trois électrons à un atome de phosphore, on peut simplement sommer les quantités d’énergie libérées à chaque ajout d’électron. Avec ce calcul, on arrive à un résultat de moins 1282 kilojoules par mole libérées au total. Ce n’est pas encore la réponse à la question. Ce nombre est la quantité d’énergie libérée au cours de ce processus. Mais la question porte sur la variation d’énergie. Réfléchissons à cette différence.

Si de l’énergie est libérée, cela signifie que la variation d’énergie est négative. En d’autres termes, la quantité d’énergie dans le système diminue. À l’inverse, si de l’énergie est absorbée, la variation d’énergie est positive. L’énergie pénètre dans le système. Donc, la quantité d’énergie augmente.

Nos calculs montrent qu’une quantité d’énergie négative est libérée. Dans ce cas, on rencontre alors un double négatif. Libérer une quantité d’énergie négative revient à gagner de l’énergie ou à absorber de l’énergie. Donc, pour exprimer ce qui se passe au cours de ce processus, la variation d’énergie de la formation de l’ion doit être écrite comme un nombre positif, plus 1282 kilojoules par mole. Alors, quel est la variation d’énergie totale lors de la formation de l’ion P3− ? La bonne réponse est une variation de plus 1282 kilojoules par mole.

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