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D’après les énergies d’ionisation successives de l’élément X indiquées dans le tableau ci-dessous, à quel groupe du tableau périodique appartient l’élément X ? (A) groupe un, (B) groupe deux, (C) groupe trois ou (D) groupe quatre.
Dans cette question, nous devons identifier le groupe du tableau périodique auquel appartient l’élément X en utilisant ses énergies d’ionisation successives.
Nous pouvons commencer par définir la première énergie d’ionisation, qui est la quantité d’énergie nécessaire pour retirer l’électron le plus faiblement lié d’un atome gazeux isolé. Cette équation représente la première énergie d’ionisation pour un atome de bore. Nous pouvons voir que ce processus génère un cation bore un plus et un électron pour une quantité d’énergie déterminée. Nous pouvons représenter les deuxième et troisième énergies d’ionisation avec des équations similaires. Au cours de la deuxième ionisation, un cation bore un plus perd un seul électron. Un cation bore deux plus perd un autre électron au cours de la troisième ionisation.
Nous pouvons utiliser ces équations pour comprendre la signification des énergies d’ionisation successives. Ce sont les quantités d’énergie nécessaires pour rétirer consécutivement des électrons d’un élément à l’état gazeux. Bien que ces trois premières énergies d’ionisation augmentent, elles ne sont pas radicalement différentes. En effet, ces trois premiers électrons retirés se trouvent dans la même couche électronique la plus externe. Les valeurs d’énergie d’ionisation sont liées à la couche électronique que l’électron retiré occupe et à sa distance par rapport au noyau.
Les électrons de valence, qui sont les plus éloignés du noyau, sont relativement faciles à retirer. Les électrons de cœur sont plus proches du noyau et ont donc une attraction plus forte vers celui-ci et nécessitent beaucoup plus d’énergie pour être retirés. Comme ces trois premiers électrons de valence qui ont été retiré se trouvaient dans la même couche électronique, ils se trouvaient à la même distance du noyau.
Examinons maintenant la quatrième ionisation pour le bore. À 25 026 kilojoules par mole, la quatrième valeur d’énergie d’ionisation est radicalement différente des trois premières. En effet, le quatrième électron retiré est un électron de cœur et est beaucoup plus proche du noyau. Donc, il faut plus d’énergie pour le retirer. Le schéma des valeurs d’énergie d’ionisation successives révèle des détails sur la configuration électronique d’un élément et donc sur sa place dans le tableau périodique.
Regardons le tableau des énergies d’ionisation pour l’élément X afin de déterminer dans quel groupe du tableau périodique il se trouve. Les trois premières valeurs d’énergie d’ionisation de l’élément X augmentent mais ne sont pas radicalement différentes. Il y a une augmentation étonnamment importante de la troisième à la quatrième valeur d’énergie d’ionisation. Ceci suggère que le quatrième électron retiré de l’élément X se trouve dans une couche électronique interne. Il est alors probable que l’élément X possède trois électrons de valence et se trouve dans le groupe trois ou 13 du tableau périodique.
Par conséquent, le groupe du tableau périodique auquel appartient l’élément X est le choix de réponse (C), le groupe trois.
