QCM : Introduction aux orbitales d et leur influence — 12 questions

Questions et réponses du QCM

1. Dans la théorie du champ cristallin, quel est l’ensemble de niveaux que l’on considère pour décrire l’effet des ligands sur un cation ?

Les orbitales p du cation
Les orbitales d du cation
Les orbitales s du cation
Les orbitales des ligands

Les orbitales d du cation

Explication

En théorie du champ cristallin, on se limite aux orbitales d du cation pour décrire l’effet des ligands. Les orbitales s ou p ne constituent pas le niveau pertinent dans ce cadre.

2. Dans un cadre de symétrie sphérique, que deviennent les cinq orbitales d par rapport à l’ion libre ?

Elles se scindent en deux niveaux t2g et eg
Elles restent dégénérées sans changement d’énergie
Elles sont toutes déstabilisées et leur énergie augmente
Elles disparaissent au profit des orbitales p

Elles sont toutes déstabilisées et leur énergie augmente

Explication

Le cours indique qu’en symétrie sphérique les cinq orbitales d sont déstabilisées et voient leur énergie augmenter par rapport à l’ion libre. Il n’y a pas de dédoublement t2g/eg dans cette situation.

3. Dans un champ octaédrique, en quels deux sous-ensembles les orbitales d se répartissent-elles ?

t2g et eg
σ et π
dx2−y2 et dz2 uniquement
s et p

t2g et eg

Explication

Un champ octaédrique sépare les orbitales d en deux groupes d’énergie différente : t2g et eg. Les orbitales s et p ne sont pas concernées par ce dédoublement.

4. Quel nom donne-t-on à l’écart énergétique entre les niveaux eg et t2g dans un champ octaédrique ?

P
Δo
ESCC
Δt

Δo

Explication

L’écart entre eg et t2g en géométrie octaédrique est noté Δo. Δt correspond au cas tétraédrique, tandis que P désigne l’énergie d’appariement.

5. Dans un champ octaédrique, quelle est la variation d’énergie associée aux orbitales dxy, dyz et dxz ?

Une baisse de −2Δo/5
Une hausse de +3Δo/5
Une hausse de +2Δo/5
Une baisse de −3Δo/5

Une baisse de −2Δo/5

Explication

Les orbitales dxy, dyz et dxz sont entre les ligands et sont stabilisées d’une quantité égale à −2Δo/5. À l’inverse, les orbitales dirigées vers les ligands sont déstabilisées.

6. Quelle expression correspond à l’énergie de stabilisation du champ cristallin octaédrique en fonction des électrons t2g et eg ?

x(−2Δo/5) + y(3Δo/5)
x(P) + y(−P)
x(−Δo) + y(Δo)
x(−3Δt/5) + y(2Δt/5)

x(−2Δo/5) + y(3Δo/5)

Explication

Le cours donne pour l’octaédrique : ESCC = x(−2Δo/5) + y(3Δo/5), où x est le nombre d’électrons en t2g et y celui en eg. Les coefficients tétraédriques sont différents.

7. Pour un ion d4 comme Mn3+, quelle configuration correspond au cas de champ faible lorsque Δo est inférieur à P ?

t2g1 eg3
t2g2 eg2
t2g4 eg0
t2g3 eg1

t2g4 eg0

Explication

Si Δo < P, il est plus favorable de remplir d’abord toutes les orbitales t2g avant de franchir l’écart énergétique, d’où la configuration t2g4 eg0. Le cas t2g3 eg1 correspond au champ fort.

8. Que signifie une situation de champ fort dans le cas octaédrique ?

On évite de franchir Δo même si cela crée une paire
On considère que Δo est nul
On préfère franchir Δo pour éviter l’apparition de paires lorsque P est plus faible
On impose toujours un remplissage complet de eg avant t2g

On préfère franchir Δo pour éviter l’apparition de paires lorsque P est plus faible

Explication

En champ fort, il devient préférable de franchir Δo plutôt que d’apparier trop tôt les électrons, lorsque l’énergie d’appariement est moins favorable. Cela conduit à une configuration différente du champ faible.

9. Dans un champ cristallin tétraédrique, quelle relation générale le cours indique-t-il entre Δt et Δo ?

Δt > Δo
Δt = 2Δo
Δt < Δo
Δt = Δo

Δt < Δo

Explication

Le cours précise généralement que l’écart tétraédrique Δt est inférieur à l’écart octaédrique Δo. Cela traduit un éclatement de plus faible amplitude en tétraédrique.

10. Quelle expression correspond à l’ESCC en géométrie tétraédrique ?

X(−Δt/5) + Y(4Δt/5)
X(−2Δo/5) + Y(3Δo/5)
X(P) + Y(Δt)
X(−3Δt/5) + Y(2Δt/5)

X(−3Δt/5) + Y(2Δt/5)

Explication

En tétraédrique, le cours donne ESCC = X(−3Δt/5) + Y(2Δt/5), avec X et Y les effectifs dans les sous-niveaux correspondants. Les coefficients de l’octaédrique sont différents.

11. Quelle est la relation correcte entre la lumière absorbée par un complexe et la couleur qu’il présente à l’observateur ?

La couleur observée est identique à la couleur absorbée
La couleur observée dépend uniquement du nombre de ligands
La couleur observée correspond à l’absence totale d’absorption
La couleur observée est la couleur complémentaire de la lumière absorbée

La couleur observée est la couleur complémentaire de la lumière absorbée

Explication

Lorsqu’un complexe absorbe une lumière visible, la couleur perçue est la couleur complémentaire de cette lumière. Il ne s’agit donc pas de la même couleur que celle absorbée.

12. Dans un complexe octaédrique de configuration d1, quel type de transition électronique est attendu lors de l’absorption responsable de la couleur ?

Un passage de l’orbitale s vers l’orbitale d
Un passage de eg vers t2g
Un passage entre deux orbitales p
Un passage de t2g vers eg

Un passage de t2g vers eg

Explication

Pour une configuration d1 en champ octaédrique, l’électron est promu de t2g vers eg lors de l’absorption. Cette transition d-d est celle mise en jeu pour expliquer la couleur du complexe.

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Orbitales d — définition ?

Niveaux électroniques liés aux orbitales d

Lobes orbitales d — orientation ?

Entre les axes de symétrie

Champ octaédrique — effet sur d ?

Dédoublement en t2g et eg

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