Ions Fe++ et Fe+++

[Jon83]

Bonjour!
Comment expliquer que le fer peut former deux type d'ions? Idem pour le cuivre et autres ....
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[moco]

Il n'y a pas d'explications à l'existence des deux ions Fe2+ et Fe3+. Pourquoi ces deux-là, et pas d'autres ? C'est une réalité expérimentale. Personne n'est capable de l'expliquer. C'est comme le manganèse qui peut avoir à peu près tous les degrés d'oxydation de 1 à 7. On l'observe, mais on ne peut pas le prévoir. Il y a encore beaucoup de choses qu'on ne peut pas expliquer en chimie. Par exemple pourquoi HNO n'existe pas ? On trouvera peut-être un jour une explication.

[invite85e711ae]

moco le nitroxyle n'existe pas ? https://fr.wikipedia.org/wiki/Nitroxyle

[moco]

Mais oui. HNO existe à l'état gazeux très dilué. mais il est très instable. Il ne devrait pas être instable, car il satisfait aux règles de Lewis. Et pourtant il est instable et dimérise spontanément en formant H2N2O2, lequel perd de l'eau et forme N2O. Tout cela est contraire à ce que l'on sait des liaisons chimiques habituelles, et du modèle de Lewis. HCl ne forme pas H2Cl2. Pourquoi HNO est-il si instable ? Pourquoi dimérise-t-il et pourquoi forme-t-il cette incroyable molécule H2N2O2 ? Et pourquoi finit-il par former cette également incroyable molécule N2O, avec un atome d'oxygène terminal ? Qui aurait pu le prévoir ? Et pourquoi n'observe-t-on jamais la réaction H + NO --> HNO ? Pourquoi ? H et NO sont tous deux des radicaux, qui lors de leurs collisions devraient se réunir et former HNO. Ils ne le font jamais. Pourquoi ? En radiochimie, on montre que les radicaux CH3 (ou C2H5) réagissent tous avec NO pour former CH3NO qui se décompose plus tard. C'est même la méthode standard pour mesurer la quantité de radicaux présents. Par contre H et NO ne réagissent tout simplement pas. Pourquoi ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Jon83]

Bonjour!
Voici ce que j'ai trouvé dans des annales de chimie de l'université P&M Curie:
La configuration électronique d'un atome de fer dans son état fondamental est : [Ar] 4s2 3d6
En utilisant la méthode de Slater, on peut estimer l' énergie des électrons 4s et 3d.
Tous calculs fait, on constate que les électrons 4s sont moins liés que les électrons 3d.
On a donc Fe2+ : [ Ar]3d6 et Fe3+ : [ Ar]3d5

[Kemiste]

Bonjour.

Il est à noter qu'une couche à demi-remplie est stable. Ceci explique la formation de l'ion Fe³⁺ dont la couche d n'est remplie qu'à moitié.

[moco]

Ce que disent Kemiste et Jon 83 est impeccable, indiscutable. Et cela explique très bien les deux degrés d'oxydation du fer.
Mais l'étude de ces configurations électroniques ne permet pas d'expliquer pourquoi son voisin le manganèse peut avoir à peu près tous les degrés d'oxydation de +2 à +7, alors que cela est impossible à l'atome de fer. On le constate, et c'est tout ce qu'on peut faire.

[Jon83]

Bonjour!
L'état fondamental de l'atome de manganèse est [Ar] 3d^5 4s^2
J'ai trouvé sur le net le tableau suivant (PJ)
On pourrait donc penser dans ce cas que la couche d^5 même à moitié remplie n'est pas stable et peut facilement libérer des électrons?

[Resartus]

Bonjour,
Le problème des règles empiriques, c'est qu'elles finissent toujours par trouver des exceptions, que ce soit Kieslowski ou Hund...

Il n'y a pas que le manganèse : quid du Cobalt par exemple : états d'ionisation préférés : +2 et +3. OK pour le +2 (la couche s disparait), mais comment justifier que le +3 est favorisé alors que le +4 (3d5) est pratiquement inexistant?

Il ne reste plus qu'à apprendre par coeur les degrés d'oxydation les plus fréquents.

Ensuite, rien ne vous interdit de vous raconter "une petite histoire" pour retrouver ces résultats sur votre modèle. On le fait par exemple en chimie orga où on introduit des formes mésomères fictives dans les structures de lewis pour expliquer la réactivité de certains produits.

Cela peut être très efficace, jusqu'au moment où on trouve une réaction qui coince et qui oblige à compliquer le modèle
Avec de la chance, cela peut finir en prix nobel (par exemple, les liaisons du bore pour Lipscomb )

[Jon83]

Bonjour!
Merci pour ta réponse...
Je recherche du coté des équations d'approxmation de la chimie quantique (Slater, modèle WFT-DFT, etc...
Il y a bien quelqu'un qui a étudié l'énergie des orbitales électroniques de l'atome de manganèse avec les outils modernes de simulation quantique et l'informatique...
Mais j'ai du mal à trouver des références!

[Resartus]

Bonjour,
Quand on commence à étudier cela, on ne peut plus se contenter de modéliser l'atome central.
Il faut se souvenir que l'ionisation coûte cher en énergie. C'est seulement parce d'autres interactions puissantes compensent qu'on peut arriver à des ions stables (liaisons, ligands, solvatation). La différence entre deux chiffres élevés peut ainsi aboutir à des résultats difficiles à expliquer a priori : certains ions vont être stables, d'autres peuvent être métastables mais se dismuter parce les deux ionisations proches le sont davantage.

Pour ce qui est des molécules, on doit pouvoir arriver à retrouver pas mal de résultats avec des modèles d'hybridation moléculaire soit simples, (en prenant simplement en compte les groupes de symétrie), soit dans des modèles plus complexes à base de fonctionnelles de densité
Je ne sais pas comment on fait pour traiter la solvatation. Je suppose que ces modèles peuvent marcher mais il doit falloir des ressources informatiques nettement supérieures (quelques centaines d'atomes à gérer)