Le sujet est composé de quatre problèmes indépendants, deux de physique et deux de chimie. Les problèmes de physique modélisent un sismographe en référentiel non galiléen puis une tornade comme un vortex de fluide. Les problèmes de chimie portent sur la synthèse organique du (-)-aromadendrène puis sur la cinétique et la structure électronique d'un complexe octaédrique de fer(II).

1Problème 1 : un modèle simplifié de sismographeÉtudier la dynamique d'un sismographe dans un référentiel non galiléen puis sa réponse en oscillateur forcé.
2Problème 2 : un modèle simplifié de tornadeModéliser une tornade comme un vortex cylindrique et établir le champ de pression à l'aide des équations locales des fluides et de la loi de Bernoulli.
3Problème 3 : synthèse du (-)-aromadendrèneÉtudier une synthèse de chimie organique à partir du (-)-périllaldéhyde, en mobilisant stéréochimie, mécanismes réactionnels et contrôle cinétique ou thermodynamique.
4Problème 4 : échange de ligands dans un complexe de coordinationÉtudier l'inertie cinétique d'un complexe de fer(II) par suivi spectrophotométrique puis sa structure électronique par la théorie des orbitales moléculaires.

Difficile. Le jury juge le niveau global des copies très moyen en physique et le niveau moyen faible en chimie, avec un manque de rigueur qui rend une grande partie des réponses insuffisantes.

Ce qu'a observé le jury

6 erreurs relevées

Confusion coefficient de viscosité et viscosité · Stationnaire confondu avec permanent · Ligne de courant confondue avec trajectoire

En physique, le sujet reprenait deux exercices assez classiques, mais le niveau global des copies est jugé très moyen, le manque de rigueur et de précision rendant une grande partie des réponses insuffisantes. En chimie, le niveau moyen est jugé faible par le jury, des notions de cours essentielles et basiques n'étant pas ou peu maîtrisées.

Les erreurs les plus sanctionnées

1
Confusion coefficient de viscosité et viscositéQ1
Une confusion entre coefficient de viscosité et viscosité a été relevée dans au moins un tiers des copies.
« Confusion entre coefficient de viscosité et viscosité dans au moins un tiers des copies »
2
Stationnaire confondu avec permanentQ8
Une très grande partie des candidats ne fait pas de différence entre stationnaire et permanent et annule par conséquent toutes les dérivées.
« Une très grande partie des candidats ne fait pas de différence entre stationnaire et permanent dans ce cas »
3
Ligne de courant confondue avec trajectoireQ13
La définition d'une ligne de courant est souvent confondue avec la trajectoire d'une particule de fluide, ce qui conduit à proposer des lignes de courant en forme de spirales.
4
États physiques omis dans un bilan de réactionQ34
Les états physiques des constituants ne sont donnés que par moins de 2% des candidats, ce qui occasionne une perte de points systématique.
« Les états physiques des constituants ne sont donné s que par moins de 2 % des candidats »
5
Facteur pré-exponentiel d'Arrhenius oubliéQ39
De nombreux candidats oublient le facteur pré-exponentiel de la loi d'Arrhenius et effectuent un calcul à partir de deux valeurs plutôt qu'une régression linéaire.
6
Configuration électronique d'un ion mal établieQ40
Un nombre non négligeable de candidats ne maîtrise pas la configuration électronique d'un ion, reportant celle de l'atome ou retirant les électrons 3d avant 4s lors de l'ionisation.

Ce qui a été bien réussi

La question 6 du problème 1 a été traitée correctement à quelques exceptions près.
La question sur la réaction de Wittig (Q24) a été bien traitée.
Les questions 31, 32, 33, 35 et 37 ont été bien ou plutôt bien traitées.

Conseils du jury

Lire attentivement la question avant d'y répondre, pour ne pas répondre à côté du sujet.
Toujours justifier les réponses de façon succincte plutôt que de donner un résultat brut.
Privilégier des réponses claires et courtes, les réponses longues étant souvent confuses.
Préférer une régression linéaire sur une série de données à un calcul ponctuel à partir de deux valeurs.
Traiter des portions complètes de problèmes plutôt que de chercher à grappiller des points partout.

Synthèse rédigée par WikiPrépa à partir du rapport officiel du jury (à télécharger en PDF). Les citations sont extraites du rapport.

Corrigé détaillé

44 questions

Indice, stratégie puis corrigé complet pour chaque question, avec les remarques du jury.

44 questions corrigées une à une : un indice, puis la stratégie, puis le corrigé complet avec le résultat encadré et les remarques du jury. Chaque question est vérifiée avant publication.

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ÉPREUVE SPÉCIFIQUE - FILIÈRE PC

PHYSIQUE ET CHIMIE

Durée : 4 heures

N.B. : le candidat attachera la plus grande importance à la clarté, à la précision et à la concision de la rédaction. Si un candidat est amené à repérer ce qui peut lui sembler être une erreur d'énoncé, il le signalera sur sa copie et devra poursuivre sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu'il a été amené à prendre.

RAPPEL DES CONSIGNES

Utiliser uniquement un stylo noir ou bleu foncé non effaçable pour la rédaction de votre composition ; d'autres couleurs, excepté le vert, peuvent être utilisées, mais exclusivement pour les schémas et la mise en évidence des résultats.
Ne pas utiliser de correcteur.
Écrire le mot FIN à la fin de votre composition.

Les calculatrices sont autorisées.

Le sujet est composé de quatre problèmes indépendants, deux de physique deux de chimie.

Tout résultat donné dans l'énoncé peut être admis et utilisé par la suite, même s'il n'a pas été démontré par le ou la candidat(e).
Les explications des phénomènes étudiés interviennent dans l'évaluation au même titre que les développements analytiques et les applications numériques.
Les résultats numériques exprimés sans unité ou avec une unité fausse ne sont pas comptabilisés.

PROBLÈME 1

Un modèle simplifié de sismographe

Le sismographe est un instrument chargé d'enregistrer les mouvements de l'écorce terrestre par rapport au référentiel du laboratoire supposé galiléen.

II peut être modélisé par un ressort de constante de raideur

k

dont l'extrémité supérieure est solidaire d'un boîtier posé sur le sol.(Voir Figure 1)

Une masse

m

de centre d'inertie

G

, attachée à l'autre extrémité du ressort est reliée à un amortisseur exerçant une force de frottement visqueux que l'on écrira

f⃗ = - λv⃗

Une partie non représentée permet d'enregistrer les mouvements de la masse.
Lorsque l'appareil détecte un tremblement de terre, le boîtier est animé d'un mouvement de translation rectiligne par rapport au référentiel du laboratoire.

Figure 1 - Modèle du sismographe

L'axe (Oz) est un axe fixe lié au référentiel du laboratoire

R

.
L'axe (

O^' z^'

) est un axe mobile lié au référentiel boîtier

R^'

.
La cote de l'origine

O^'

du repère

R^'

représentée sur le schéma correspond à la position d'équilibre du centre d'inertie de la masse lorsque le boîtier est immobile, c'est-à-dire en absence de mouvement de l'écorce terrestre.

Q1. Que représente le coefficient

λ

dans l'expression de

f⃗

? Quelle est son unité?

Q2. La longueur à vide du ressort est notée

ℓ_0

. On considère dans cette question que le sol ne vibre pas.
Appliquer la seconde loi de Newton à la masse

m

dans le référentiel

R^'

lié au boîtier qui est alors galiléen.
Quelle est la longueur à l'équilibre

ℓ_1

du ressort en fonction des données?

Q3. Lorsque le sol vibre, le référentiel lié au boîtier n'est plus galiléen.
Rappeler les expressions des forces d'inertie à prendre alors en compte et donner leurs expressions dans le cas du sismographe étudié.

Q4. Effectuer le bilan des forces s'exerçant sur la masse dans

R^'

et les représenter en supposant que les valeurs de l'allongement du ressort, de la vitesse du point

G

et de l'accélération d'entraînement sont positives.

Q5. Appliquer la seconde loi de Newton à la masse dans le référentiel

R^'

lié au boîtier. On notera

z_G^'

la cote du point

G

dans le repère

R^'

. Projeter cette relation sur l'axe vertical. On supposera que l'expression de

z_s(t)

décrivant le mouvement du sol est :

z_s(t) = E_m cos(ωt + φ)

Q6. On écrit cette relation sous la forme suivante :

(d^2 z_G^')/(dt^2) + (ω_0)/Q(dz_G^')/(dt) + ω_0^2 z_G^' = E_m ω^2 cos(ωt + φ)

Comment appelle-t-on

ω_0

Q

? Donner leurs expressions littérales.

Q7. Pour un sismographe, le facteur de qualité est toujours très élevé.
Quelle est alors l'équation obtenue en simplifiant la relation précédente si on se place dans le cas idéal où le facteur de qualité est infini?

Q8. En régime permanent, la solution de cette équation s'écrit

z_G^'(t) = Z_m cos(ωt + φ^')

avec

Z_m > 0

.
Quelle est l'expression de

Z_m

Q9. On donne la représentation graphique de

Z_m(u)

avec

u = ω/(ω_0)

. Figure 2) Justifier l'allure de cette courbe à partir des résultats de la question précédente.

Figure 2 - Représentation graphique de

Z_m(u)

Q10. II faut distinguer trois zones sur cette courbe : zone I (

u≪1

), zone II (

u

tend vers 1) et zone III (

u≫1

)
Comment appelle-t-on le phénomène mis en évidence pour

u = 1

?
À quelle partie de la courbe correspond la zone de fonctionnement du sismographe? Citer un exemple de la vie courante correspondant à la zone restante de cette courbe.

PROBLÈME 2

Un modèle simplifié de tornade

Une tornade est un vortex (tourbillon) de vents extrêmement violents, prenant habituellement naissance à la base des cumulonimbus fortement orageux qui sont les seuls à en produire (Voir Figure 3). Il s'agit d'un phénomène météorologique au pouvoir destructeur qui peut être très grand.

Figure 3 - Une tornade

Figure 4 - Les coordonnées cylindriques

r, θ, z

Dans ce problème la tornade est modélisée par un vortex cylindrique de rayon

R

et d'axe Oz.(Voir Figure 4)

L'écoulement d'air sera considéré comme parfait, incompressible, homogène et stationnaire.
Le champ de vitesse est décrit par la relation

v⃗ = v_θ(r)e_θ\to

et un vecteur tourbillon

Ω⃗

tel que

Ω⃗ = Ω_0 e_z\to

pour

0 ⩽ r ⩽ R

Ω⃗ = 0\to

pour

r > R

Les effets de la pesanteur seront négligés et la masse volumique de l'air sera notée

μ

Q11. Quelle est l'expression du vecteur tourbillon? Que représente qualitativement ce vecteur au niveau local?
Dans quel cas ce vecteur est-il nul? Comment est alors caractérisé l'écoulement correspondant?

Q12. Définir les expressions suivantes figurant dans l'énoncé : écoulement parfait, écoulement homogène et incompressible, écoulement stationnaire.

Q13. Rappeler la définition d'une ligne de courant. Quelle est la nature de ces lignes de courant dans la cas du modèle de la tornade adopté? Représenter quelques unes de ces lignes de façon lisible.

Q14. Établir les expressions de la vitesse

v_θ(r)

dans les deux domaines considérés. On précise que la vitesse est continue dans le domaine dans lequel elle est définie de même qu'en

r = R

, que

v_θ(r = 0) = 0

et que

v_θ(r) ⟶ 0

lorsque

r ⟶ + \infty

Q15. Représenter graphiquement ses variations en fonction de

r

. Proposer une analogie magnétique.

Q16. On s'intéresse au champ de pression dans le domaine

r > R

.
On suppose que la pression loin de la tornade est égale à la pression atmosphérique

P(r = \infty) = P_a

.
Que peut-on dire de l'écoulement pour ces valeurs de

r

?
Que peut-on en déduire pour la relation de Bernoulli? Préciser son champ d'application dans ce cas.

Q17. Établir alors l'expression de

P(r)

pour

r > R

Q18. On s'intéresse au champ de pression dans le domaine

0 ⩽ r ⩽ R

.
Que peut-on dire de l'écoulement pour ces valeurs de

r

?
Que peut-on en déduire pour la relation de Bernoulli?
Expliquer alors pourquoi cette relation n'est pas intéressante pour trouver l'expression de

P(r)

dans ce domaine. Préciser son champ d'application dans ce cas.

Q19. Établir l'expression de

P(r)

pour

0 ⩽ r ⩽ R

en utilisant le relation d'Euler.

Q20. On appelle dépression

P(r) - P_a

.
Préciser ses expressions dans le cas étudié.
Pour quelle valeur de

r

la valeur de

|P(r) - Pa|

est-elle la plus élevée?
Commenter.

Données

Gradient en coordonnées cylindriques

grad^(\to-)(f) = (\partialf)/(\partialr)e⃗_r + 1/r(\partialf)/(\partialθ)e_θ\to + (\partialf)/(\partialz)e_z\to

Rotationnel en coordonnées cylindriques

rot^(\to-)f⃗ = 1/r((\partialf_z)/(\partialθ) - (\partial(rf_θ))/(\partialz))e_r\to + ((\partialf_r)/(\partialz) - (\partialf_z)/(\partialr))e_θ\to + 1/r((\partial(rf_θ))/(\partialr) - (\partialf_r)/(\partialθ))e_z\to

Accélération convective

(v⃗ \cdot grad ^(\to-))v⃗ = grad ^(\to-)((v^2)/2) + rotv⃗^(\to-) \land v⃗

PROBLÈME 3

Synthèse du (-)-aromadendrène

Présentation générale

L'aromadendrène 13 (figure 5) est un sesquiterpène tricyclique comportant 3 unités isoprènes (2-méthylbuta-1,3-diène), qui est présent dans les huiles essentielles d'arbre à thé ou d'eucalyptus. Il confère aux huiles essentielles précitées une odeur caractéristique mentholée.

Figure 5 - (-)-aromadendrène 13

On se propose d'étudier la synthèse du (-)-aromadendrène à partir du (-)-périllaldéhyde (1) d'origine naturelle. Le document 1 décrit le schéma de synthèse associé.

Abréviation	Nom	Formule
Me	Méthyle	$- CH_3$
t-BuOK	Tertiobutanolate de potassium
Ph	Phényle	$- C_6 H_5$
$PPh_3$	Triphénylphosphine
DMSO	Diméthylsulfoxyde
$Et_2 O$	Diéthyléther
Ms	Mésyle (méthanesulfonyle)
Ts	Tosyle (paratoluènesulfonyle)

Tableau 1 - Liste des abréviations

Document 1 - Schéma de synthèse du (-)-aromadendrène
(Le rendement est donné en pourcentage pour chaque étape)

Source : (1) Büchi, G.; Hofheinz, W.; Paukstelis, J. V. The Total Synthesis of (-)-Aromadendrene. J. Am. Chem. Soc. 1966, 88, 4113-4114.
(2) Büchi, G.; Hofheinz, W.; Paukstelis, J. V. Synthesis of (-)-aromadendrene and related sesquiterpenes. J. Am. Chem. Soc. 1969, 91, 6473-6478.

Q21. Que signifie le "(-)" dans l'écriture du (-)-périllaldéhyde 1 ? Combien existe-il de stéréoisomères de configuration pour le composé 1? Donner le descripteur stéréochimique de l'atome de carbone asymétrique du composé 1.
Q22. Le produit 2 est obtenu par addition régiosélective d'un équivalent de HBr sur le (-)-périllaldéhyde (1) selon le mécanisme décrit dans le document 2. Sachant que la première étape (formation du carbocation) respecte la règle de Markovnikov, proposer une explication quant à la régiosélectivité de formation du carbocation intermédiaire.

Document 2 - Mécanisme d'addition de HBr sur l'alcène 1

Les hydrogènes en position

γ

d'une énone ont un caractère suffisamment acide pour que le carbone en position

γ

puisse être déprotonné par un alcoolate tel que t-BuOK (document 3).

Document 3 - Formation d'un carbanion sur une

α

-énone

Q23. Sachant que l'attaque nucléophile conduit directement à 3 sans intermédiaire réactionnel, proposer un mécanisme de formation de 3.
À quel mécanisme connu l'étape d'attaque nucléophile s'apparente-t-elle? Quelle différence constatez-vous?
Justifier la stabilité particulière du carbanion intermédiairement formé lors de la réaction de formation de 3.
Q24. La réaction du composé bicyclique 3 avec le méthylènetriphénylphosphorane

A

permet de former le produit 4.
Donner la structure de 4.
Donner le nom de la réaction.
Q25. La réaction à haute température du composé 4 en présence du réactif

B

, génère par une réaction régiosélective et stéréosélective un mélange de seulement deux stéréoisomères 5 et 6 , l'isomère 5 étant majoritaire.
Quelle est la relation d'isomérie entre 5 et 6 ?
De quelle réaction s'agit-il ?
Donner la structure du réactif

B

.
Le mélange brut de

5

6

issu de la réaction étudiée à la question précédente est mis en réaction en conditions d'épimérisation (conditions permettant l'inversion de configuration d'un centre stéréogène). Les proportions des deux aldéhydes 5 et 6 sont alors inversées pour atteindre à l'équilibre les proportions respectives de

17%

83%

Q26. Expliquer en quoi l'expérience décrite dans le paragraphe précédent permet de confirmer que la transformation de 4 en mélange de 5 et 6 est sous contrôle cinétique.
Q27. Après séparation des stéréoisomères 5 et 6 , le composé 5 est transformé en 7 par action d'un réactif

C

. Identifier le couple d'oxydoréduction composé des molécules 5 et 7 . En déduire la nature de la réaction. Proposer un réactif pour

C

.
Q28. Proposer des conditions opératoires permettant de transformer 7 en 8.
Le composé 8 réagit avec

LiAlH_4

. Ce dernier réactif est un donneur d'hydrure

H^-

qui peut réagir en tant que nucléophile.

Q29. Quel type de réaction a lieu lors de la formation de 9 ?
Donner le mécanisme de formation de 9 et l'ordre global de la réaction.
Justifier le choix du mécanisme.
Donner l'allure du profil énergétique de la réaction. On précisera les natures de l'abscisse et de l'ordonnée.
Q30. Lorsque la réaction précédente s'effectue sur un atome de carbone asymétrique, expliquer comment est régie la stéréosélectivité de la réaction.
Q31. On considère désormais la formation de la molécule 10 par réaction du tétraoxyde d'osmium sur 9. En considérant le méthyle porté par le cycle à 6 chaînons comme le plus encombrant, donner la structure du composé 10 majoritairement formé en précisant la stéréochimie des centres stéréogènes formés.

Après fonctionnalisation d'une fonction alcool de 10 par un groupement tosyle (Ts), un réarrangement permet d'obtenir le composé tricyclique 12. Finalement, la réaction du composé 12 avec un réactif E permet de former le (-)-aromadendrène 13.

Q32. Donner le réactif

E

PROBLÈME 4

Échange de ligands dans un complexe de coordination

Présentation générale

Les réactions de substitution de ligands revêtent une importance particulière dans la synthèse de complexes de coordination porteurs de propriétés optiques ou magnétiques. La stabilité thermodynamique ou l'inertie cinétique de ces complexes sont des prérequis nécessaires afin d'assurer leur intégrité sur le long terme en vue d'applications technologiques. La compréhension de la cinétique de réactions d'échange de ligands et de leur mécanisme a motivé les chimistes du XX

è^(ème)

siècle et a participé aux fondations du domaine de la chimie de coordination depuis les travaux d'Alfred Werner sur les complexes de cobalt(III).

Abréviation	Nom	Formule
Phen	1,10-Phénantroline	P(==

Tableau 2 - Abréviation

Partie I - Cinétique d'hydrolyse d'un complexe de fer: $[Fe(Phen)_3]^(2 +)$

On s'intéresse à la réaction d'hydrolyse d'un complexe

[Fe(Phen)_3]^(2 +)

(figure 6), c'est-àdire à la substitution totale des ligands bidentes Phen par des ligands monodentes aqua

(H_2 O)

en solution aqueuse d'acide fort HCl de concentration

2 mol \cdot L^(- 1)

. Le complexe de couleur orange caractéristique présente une forte bande d'absorption dans le visible (figure 7). En fin de réaction, le complexe de

Fe(II)

hydrolysé présente dans le visible des bandes mille fois moins intenses que celles du complexe de départ. On considérera donc que seul le complexe de départ

[Fe(Phen)_3]^(2 +)

absorbe dans le visible. La cinétique de dégradation du complexe

[Fe(Phen)_3]^(2 +)

en solution aqueuse de HCl est suivie par spectroscopie d'absorption, en mesurant au cours du temps l'absorbance d'une solution initiale de

[Fe(Phen)_3]^(2 +)

à une concentration de

2, 6 \cdot 10^(- 4) mol \cdot L^(- 1)

, dans une cuve de

1, 0 cm

de longueur. On admet que la loi de Beer-Lambert est vérifiée dans les conditions de l'étude.

Figure 6 - Complexe

[Fe(Phen)_3]^(2 +)

Figure 7 - Spectre d'absorption du complexe

[Fe(Phen)_3]^(2 +)

dans l'eau

$t(min)$	3	6	9	12	15	18	21	24
Absorbance A	0,93	0,80	0,72	0,65	0,58	0,51	0,46	0,41

Tableau 3 - Données de suivi spectrophotométrique de la cinétique de décomposition du complexe en solution aqueuse acide à

40^\circC

Q33. À quelle longueur d'onde est-il judicieux d'enregistrer l'absorbance de la solution? Justifier.
Q34. Donner l'équation bilan de la réaction de substitution de ligands étudiée (sans tenir compte des étapes mécanistiques impliquant

H^+

On suppose que la vitesse volumique de cette réaction de substitution de ligands s'écrit :

v = k[H_2 O]^α[H^+]^β[[Fe(Phen)_3]^(2 +)]^γ

Q35. En absence d'acide, la réaction est cinétiquement bloquée. Quel est le rôle de l'acide introduit?
Q36. En tenant compte des conditions expérimentales, simplifier la loi de vitesse (1) en faisant apparaître une constante de vitesse apparente

k_(app)

.
Q37. Établir l'équation donnant la concentration en complexe

[Fe(Phen)_3]^(2 +)

en fonction du temps, en supposant un ordre apparent de réaction de 1.
Q38. En modélisant les données du tableau 3 à l'aide d'une équation établie à la question précédente, vérifier que la réaction est d'ordre 1 par rapport au complexe

[Fe(Phen)_3]^(2 +)

.
En déduire la valeur de la constante de vitesse apparente.
On donne dans le tableau 4 les constantes de vitesse apparentes déterminées pour des milieux réactionnels thermostatées à

25^\circC, 30^\circC

35^\circC

. On rappelle

T(K) = 273 + T(^\circC)

$T(^\circC)$	25	30	35	40
$k_(app)(s^(- 1))$	$5, 8 \cdot 10^(- 5)$	$1, 3 \cdot 10^(- 4)$	$3, 1 \cdot 10^(- 4)$	$Q38$

Tableau 4 - Constantes de vitesse apparentes déterminées pour la réaction d'hydrolyse du complexe

[Fe(Phen)_3]^(2 +)

25^\circC, 30^\circC

35^\circC

Q39. Calculer l'énergie d'activation de la réaction d'hydrolyse du complexe en milieu acide.

Partie II - Diagramme énergétique d'un complexe de coordination

Les complexes de coordination de la

1^(re)

ligne du bloc

d

sont connus pour être labiles avec des réactions d'échange de ligands particulièrement rapides, de temps caractéristique inférieur à la seconde à

25^\circC

. Les ions

Fe^(2 +)

Co^(3 +)

font figures d'exception et se distinguent par des complexes cinétiquement inertes. On se propose de rationnaliser cette particularité par l'étude de la structure électronique des complexes.

Q40. Établir la configuration électronique des ions

Fe^(2 +)(Z = 26)

Co^(3 +)(Z = 27)

dans leur état fondamental.

On considère que le complexe

[Fe(Phen)_3]^(2 +)

a une géométrie octaédrique. On établit désormais le diagramme d'orbitales frontalières d'un complexe modèle

[FeL_6]^(2 +)

, avec L ligand monodentate sigma donneur. On considèrera en première approximation les seuls recouvrements

σ

entre les orbitales du métal et 6 orbitales de symétrie

σ

des ligands L . Le diagramme d'orbitales est établi à partir des orbitales du métal 3 d , 4 s et 4 p , et des orbitales de fragment

L_6(Ψ_1, Ψ_2, Ψ_3, Ψ_4, Ψ_5, Ψ_6)

en géométrie octaédrique (document 4).

Document 4 - Diagramme d'orbitales frontalières du complexe [

FeL_6]^(2 +)

limité aux recouvrements

σ

Source: Les orbitales moléculaires dans les complexes, Yves Jean (2006, éditions de l'école polytechnique)
Q41. À l'aide du document 4 identifier les orbitales de fragment (

Ψ_1, Ψ_2, Ψ_3, Ψ_4, Ψ_5, Ψ_6

) dont le recouvrement est non nul avec les orbitales 3d du métal. Pour ce faire, recopier et compléter le tableau à double entrée suivant en indiquant dans chaque case "

S

" pour un recouvrement non nul et "

0

" pour un recouvrement nul.

Orbitales	Orbitales Ligand
Métalliques	$Ψ_1$	$Ψ_2$	$Ψ_3$	$Ψ_4$	$Ψ_5$	$Ψ_6$
$d_(xy)$
$d_(xz)$
$d_(yz)$
$d_(z^2)$
$d_(x^2 - y^2)$

Q42. Recopier la partie du diagramme d'orbitales frontalières (document 4) en se limitant aux orbitales 3d, aux orbitales de fragment (

Ψ_1, Ψ_2, Ψ_3, Ψ_4, Ψ_5, Ψ_6

) et aux orbitales de complexe

t_(2 g)

e_g^*

, et ajouter les lignes de corrélations et le remplissage électronique pour le complexe

[FeL_6]^(2 +)

dans l'hypothèse champ fort (bas spin).
Q43. En déduire la configuration électronique limitée aux orbitales frontalières.
On considère désormais les recouvrements

π

au sein du complexe

[Fe(Phen)_3]^(2 +)

. La Phen étant un ligand

π

accepteur, l'interaction avec le système

π

des ligands est à l'origine de la stabilisation des orbitales

t_(2 g)

. Les orbitales

t_(2 g)

, qui sont non-liantes en ne considérant que le système

σ

, deviennent donc liantes en prenant en compte les recouvrements

π

Q44. Quel rôle joue le nombre d'électrons dans les orbitales

t_(2g)

dans la stabilité du complexe

[Fe(Phen)_3]^(2 +)

?
En quoi la stabilité thermodynamique du complexe est à l'origine de son inertie cinétique?

Annexe 1

Donnée numérique

Constante des gaz parfaits :

R = 8, 31 J \cdot mol^(- 1) \cdot K^(- 1)

FIN

Questions fréquentes

3 questions

Sur quels chapitres porte le sujet de Physique-Chimie e3a PC 2022 ?

Le sujet porte sur la dynamique en référentiel non galiléen et les oscillateurs forcés, la mécanique des fluides, ainsi que la chimie organique et la cinétique chimique des complexes en chimie.

Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées sur ce sujet ?

Le jury relève un manque de rigueur généralisé, une confusion entre stationnaire et permanent en mécanique des fluides, et une maîtrise insuffisante des configurations électroniques et de la cinétique en chimie.

Le sujet de Physique-Chimie e3a PC 2022 est-il difficile ?

Le jury juge le niveau global des copies très moyen en physique et faible en chimie, avec un manque de rigueur qui rend une grande partie des réponses insuffisantes.

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PHYSIQUE ET CHIMIE

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PROBLÈME 1

Un modèle simplifié de sismographe

PROBLÈME 2

Un modèle simplifié de tornade

Données

PROBLÈME 3

Synthèse du (-)-aromadendrène

Présentation générale

PROBLÈME 4

Échange de ligands dans un complexe de coordination

Présentation générale

Partie I - Cinétique d'hydrolyse d'un complexe de fer: [Fe(Phen)_3]^(2 +)

Partie II - Diagramme énergétique d'un complexe de coordination

Annexe 1

Donnée numérique

FIN

Questions fréquentes

Sur quels chapitres porte le sujet de Physique-Chimie e3a PC 2022 ?

Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées sur ce sujet ?

Le sujet de Physique-Chimie e3a PC 2022 est-il difficile ?

Commentaires• E3A Physique Chimie PC 2022

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Partie I - Cinétique d'hydrolyse d'un complexe de fer: $[Fe(Phen)_3]^(2 +)$