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Le tableau suivant montre les données des énergies d’ionisation successives d’un métal M. Quelle est la formule probable du composé sulfuré formé lors d’une réaction entre le soufre et le métal M ? (A) M2S3, (B) MS, (C) M2S ou (D) MS2.
Le tableau donné liste les énergies d’ionisation successives d’un métal inconnu M de la première énergie d’ionisation à la huitième. La première énergie d'ionisation peut être définie comme la quantité d'énergie nécessaire pour éliminer complètement l'électron le plus faiblement lié d'un atome isolé sous forme gazeuse. Cette définition est vraie pour les énergies d’ionisation successives de l’atome modifié en prenant en considération quel électron est retiré. Par exemple, la deuxième énergie d’ionisation est la quantité d’énergie nécessaire pour éliminer complètement le deuxième électron le plus faiblement lié d’un ion gazeux isolé.
Ces énergies d’ionisation successives fournissent un modèle qui nous permettra d’identifier le numéro de groupe dans lequel le métal M se trouve dans le tableau périodique. Les éléments du groupe un avec un électron de valence ont généralement une première énergie d’ionisation qui est la plus faible de leurs énergies d’ionisation successives. Cela est dû à l'électron de valence unique dans la couche d'énergie la plus externe, qui est l'électron le plus faiblement lié et nécessite le moins d'énergie à éliminer. Il y a une augmentation notablement importante entre la première et la deuxième énergie d’ionisation. Ce deuxième électron retiré est maintenant plus proche du noyau et plus étroitement liée, nécessitant donc plus d’énergie pour être éliminée.
Après la deuxième énergie d’ionisation, les éléments du groupe un ont une augmentation générale des énergies d’ionisation successives avec des augmentations importantes entre les niveaux d’énergie. Les éléments du groupe deux voient une tendance similaire. Cependant, l’augmentation importante notable se produit entre les deuxième et troisième énergies d’ionisation. En effet, dans un élément du groupe deux, le troisième électron retiré est situé sur une couche d’énergie plus proche du noyau et nécessite plus d’énergie pour être retiré. Ce modèle se poursuivrait avec la forte augmentation de l’énergie d’ionisation qui se produit entre l’électron final dans la couche de valence et le premier électron retiré d’une couche d’énergie centrale.
Voyons comment les énergies d’ionisation successives du métal M se comparent à cela. Nous pouvons voir que l’énergie d’ionisation augmente de manière générale. Nous pouvons examiner le facteur par lequel chaque énergie d’ionisation consécutive augmente, indiqué par les nombres en rose sous les flèches. Nous pouvons voir que la plus forte augmentation se produit entre les deuxième et troisième énergies d’ionisation. Cela indique que le métal M appartient probablement au groupe deux du tableau périodique. Cela signifie que le métal M aurait deux électrons de valence et un état de charge ionique de deux plus.
Le soufre est dans le groupe 16 du tableau périodique et a six électrons de valence, formant un ion sulfure avec un état de charge de deux moins. Pour que le métal M et le soufre forment globalement un composé neutre, il y aurait un ion métal M présent pour chaque ion sulfure. Par conséquent, étant donné les énergies d’ionisation successives du métal M, la formule la plus probable du composé de sulfure formé lors d’une réaction entre le soufre et le métal M est le choix de réponse (B), MS.