BACCALAUReacuteAT GeacuteNeacuteRAL

SESSION 2010

PHYSIQUE - CHIMIE

Seacuterie S

Dureacutee de leacutepreuve 3 h 30 - Coefficient 8

Lusage de la calculatrice eacutelectronique est autoriseacute

tZ

Ce sujet comporte un exercice de CHIMIE et deux exercices de PHYSIQUE preacutesenteacutes sur 11 pages numeacuteroteacutees de 1 agrave 11) Y compris celle-ci

Les annexes 1 et 2 (pages 1011 et 1111) sont agrave rendre avec la copie

Le candidat doit traiter les trois exercices qui sont indeacutependants les uns des autrel

1 - Le polonium 210

Il - Lextraction de leugeacutenol du clou de girofle

III - Histoire deuros

Exercice 1 Le polonium 210 (6 points)

A propos du polonium 210 on peut trouver dans lencyclopeacutedie WIKIPEDIA le texte suivant

laquo Cest le premier eacuteleacutement deacutecouvert par Pierre et Marie Curie en 1889 dans leurs recherches sur la radioactiviteacute [ ) Ce nest que plus tard quils deacutecouvrirent le radium Le mot polonium a eacuteteacute choisi en hommage aux origines polonaises de Marie Sklodowska-Curie [ ] Cest un eacutemetteur de rayonnement alpha Le 210Po a une demi-vie de 138 jours

[ ] 1 se deacutesintegravegre en eacutemettant des particules alpha dont leacutenergie est de 53 millions deacutelectrons volts [ ] Lexposition aux rayonnements ionisants augmente le risque de cancer danomalies geacuteneacutetiques et pourrait avoir de nombreuses conseacutequences sanitaires autres que les cancers

Le polonium 210 preacutesente une forte activiteacute [ ] Un seul gramme de polonium 210 preacutesente une activiteacute de 166 000 milliards de becquerels et par conseacutequent eacutemet 166 000 milliards de particules alpha par seconde raquo

Donneacutees

Quelques eacuteleacutements 81TI 82Pb 83Bi 8SAt 86Rn

Masses de quelques noyaux ou particules m( ~Be) = 900998 u m(~He) = 400151 u

m(1~C)=1199671 u m(6n)=100866u

1Masse molaire atomique M( 210 Po) =210 gmor

Quelques constantes et uniteacutes

Ceacuteleacuteriteacute de la lumiegravere dans le vide c =299792 x 108 msmiddot1

Nombre dAvogadro NA =6022 x 1023 mor1

Uniteacute de masse atomique 1 u =16605 x 1027 kg

1 Indiquer la composition dun noyau de polonium 21 0 (2~~ Po)

2 Ecrire leacutequation de deacutesinteacutegration dun noyau 2~~ Po en preacutecisant les lois de conservation

utiliseacutees (on supposera que le noyau fils formeacute est agrave leacutetat fondamental)

3 Leacuteleacutement polonium possegravede entre autres isotopes le noyau de 2~~PO

Deacutefinir la notion des noyaux isotopiques

4 Deacutefinir le temps de demi-vie t12 dun noyau radioactif

51 Enoncer la loi de deacutecroissance radioactive en preacutecisant la signification de chacun des termes

52 Sachant que lactiviteacute A(t) dune source radioactive veacuterifie A(t) = - dN (t) montrer que dt

lactiviteacute A(t) dune source radioactive est proportionnelle au nombre N(t) de noyaux radioactifs preacutesents dans cette source

53 Ecrire la relation entre la constante radioactive et le temps de demi-vie puis calculer la

valeur de la constante radioactive en Smiddot1 du 2~~ Po

10PHYCSIN1 Page 211

5

6

61 Calculer le nombre IJ de noyaux preacutesents dans une masse m = 100 g de polonium 210

62 Justifier par un calcul la phrase laquo un seul gramme de polonium 210 preacutesente une activiteacute de 166 000 milliards de becquerels raquo

7 Le polonium 210 est lun des produits issus des deacutesinteacutegrations successives de luranium 238

lesquelles conduisent agrave lisotope stable 2~~ Pb du plomb

Ces deacutesinteacutegrations sont de type a et ~-

On peut assimiler lensemble agrave une reacuteaction unique 238 U 206 Pb 4H 0

92 ~ 82 + X 2 e + y -1 e ougrave x et y sont des entiers

Deacuteterminer le nombre x de deacutesinteacutegrations a et le nombre y de deacutesinteacutegrations ~-

Pour effectuer ce calcul la connaissance de lordre des deacutesinteacutegrations nest pas neacutecessaire

8 Emetteura le polonium a de nombreuses utilisations

Il a eacuteteacute employeacute comme source de rayonnement a par Iregravene et Freacutedeacuteric Joliot-Curie dans les expeacuteriences qui ont conduit agrave la deacutecouverte de la radioactiviteacute artificielle en 1934 Associeacute au beacuteryllium il constitue une source de neutrons produits par la reacuteaction nucleacuteaire

9B 4H 12e 1 4 e + 2 e ~ 6 + on

81 Exprimer leacutenergie de cette reacuteaction E agrave partir des donneacutees

82 Calculer sa valeur en joules

83 Commenter le signe de la valeur obtenue pour E

10PHYCSIN1 Page 311

Exercice 2

Lextraction de leugeacutenol du clou de girofle (4 points)

Depuis plus dun siegravecle la vanilline est essentiellement produite artificiellement la premiegravere eacutetape de sa synthegravese consiste agrave extraire leugeacutenol du clou de girofle le clou de girofle est un bouton floral seacutecheacute qui contient une grande quantiteacute dhuile essentielle tregraves riche en eugeacutenol et aceacutetyleugeacutenol

Donneacutees

Solubiliteacute

Nom Formule Dans leau

Dans leau saleacutee

Dans leacutether

Reacuteaction acido basique avec

lion hydroxyde

Eugeacutenol 6 CH3 CH2=CH-CH2 Ij_ OH

noteacute R-OH

Peu soluble

Insoluble Tregraves

soluble Oui

Ion eugeacutenate 6 CH3 CH2=CH-CH2 Ij_ 0shy

noteacute R-O-

Tregraves soluble

Tregraves soluble

insoluble Non

Aceacutetyleugeacutenol 6 CH3 CH2=CH-CH2 Ij_ OCOCH3

Peu soluble

Insoluble Tregraves soluble

Non

Chlorure de sodium

NaCI Tregraves

soluble -------shy insoluble Non

Densiteacute de leau deau = 1 Ether solvant organique non miscible agrave leau de densiteacute dE = 071 Couple acide base R-OH R-Oshy

Lextraction de leugeacutenol du clou de girofle neacutecessite plusieurs eacutetapes

1 ~ Premiegravere eacutetape De la poudre de clou de girofle est introduite dans un ballon avec 250 ml deau distilleacutee et quelques grains de pierre ponce le ballon est ensuite placeacute dans le montage suivant

10PHYCSIN1 Page 411

11 Quel nom porte ce montage

12 Nommer sur la feuille annexe 1 page 1011 les eacuteleacutements numeacuteroteacutes du montage

13 Indiquer sur la feuille annexe 1 page 1011 le sens de circulation de leau dans la verrerie n03 Quel est le rocircle de cette verrerie

14 Expliquer lutiliteacute de la pierre ponce

2 - Deuxiegraveme eacutetape le relargage

l e distillat obtenu est une eacutemulsion dhuile essentielle du clou de girofle et deau On y ajoute du chlorure de sodium solide On agite jusquagrave dissolution complegravete du sel On laisse deacutecanter

21 Ecrire leacutequation de dissolution du chlorure de sodium dans leau

22 Expliquer le principe de cette opeacuteration de relargage

3 - Troisiegraveme eacutetape extraction liquide-liquide

le meacutelange preacuteceacutedent est introduit dans une ampoule agrave deacutecanter avec 30 ml deacutether On agite et on laisse deacutecanter

Repreacutesenter lampoule agrave deacutecanter indiquer les phases organique et aqueuse justifier la position des deux phases

4 - Quatriegraveme eacutetape seacuteparation de leugeacutenol et de laceacutetyleugeacutenol

la phase organique reacutecupeacutereacutee agrave leacutetape preacuteceacutedente contient un meacutelange deugeacutenol et daceacutetyleugeacutenol dans leacutether Cette solution organique est agrave nouveau mise dans une ampoule agrave deacutecanter avec une solution aqueuse dhydroxyde de sodium de concentration 2 molL1 On agite on laisse deacutecanter et on reacutecupegravere la phase aqueuse

La phase organique restante est laveacutee encore deux fois par la solution dhydroxyde de sodium

Les phases aqueuses sont rassembleacutees dans un beacutecher propre

41 Donner la formule de la solution aqueuse dhydroxyde de sodium

42 En consideacuterant les donneacutees physico-chimiques de laceacutetyleugeacutenol indiquer si laceacutetyleugeacutenol se trouve dans la phase aqueuse ou dans la phase organique Justifier

43 Ecrire leacutequation chimique modeacutelisant la transformation de leugeacutenol R-OH en ion eugeacutenate R-O

10PHYCSIN1 Page 511

44 Dans la phase aqueuse recueillie on introduit une solution concentreacutee dacide chlorhydrique jusquagrave obtenir un pH = 1

441 Donner la formule de la solution aqueuse dacide chlorhydrique 442 Ecrire les deux eacutequations chimiques modeacutelisant les transformations qui ont lieu dans le

beacutecher 443 Quel est le rocircle de lacide chlorhydrique

5 - Une nouvelle extraction liquide-liquide est reacutealiseacutee avec de leacutether dans une ampoule agrave deacutecanter Quelle phase doit-on reacutecupeacuterer Pourquoi

6 - Identification de leugeacutenol

Une analyse qualitative de leugeacutenol extrait est reacutealiseacutee par chromatographie sur couche mince On deacutepose sur une plaque une goutte deugeacutenol commercial (EC) une goutte daceacutetyleugeacutenol commercial (AC) et une goutte deugeacutenol extrait (EE) On observe apregraves eacutelution et reacuteveacutelation le chromatogramme ci-dessous

Interpreacuteter en justifiant le chromatogramme obtenu

lt Front du solvant

o 0

o 0

-E-lt- --- - Ligne de deacutepocirct

EC AC EE

10PHYCSIN1 Page 611

Exercice 3

Histoires deuros (6 points)

Les deux parties 1 et Il sont indeacutependantes

Partie 1 Les billets deuro infalsifiables gracircce agrave une lampe agrave vapeur de mercure

laquo Alors que lon croyait au moment de lintroduction fiduciaire de leuro que les billets de banque de la nouvelle monnaie europeacuteenne seraient infalsifiables le contraire est rapidement apparu poussant ainsi la banque europeacuteenne agrave trouver de nouvelles meacutethodes pour garantir le caractegravere infalsifiable des billets Une de ces meacutethodes pourrait constituer agrave incorporer des nanoparticules luminescentes dans les couleurs dimpression

Lentreprise hanseacuteatique Nanosolutions GmbH a mis au point des nanopigments qui ne peuvent ecirctre exciteacutes par fluorescence que de faccedilon seacutelective les pigments ne prennent une couleur rouge ou verte quavec laide dune source dultraviolets bien deacutefinie une lampe agrave vapeur de mercure Les caissiers et caissiegraveres munis dune lampe agrave vapeur de mercure miniature pourraient ainsi rapidement deacuteceler les faux billets raquo

wwwfutura-sciencescom

Une lampe agrave vapeur de mercure est constitueacutee dun cylindre de verre contenant le gaz mercure monoatomique agrave basse pression Lorsque le tube est mis sous tension une deacutecharge eacutelectrique se produit des eacutelectrons circulent dans le gaz entre deux eacutelectrodes ces eacutelectrons bombardent les atomes du gaz et leur cegravedent de leacutenergie Donneacutees

Constante de Planck h =662 x 10-34 Js 1Ceacuteleacuteriteacute de la lumiegravere dans le vide c = 300 x 108 ms-

Charge eacuteleacutementaire e = 160 x 10-19 C

11 Spectre de latome de mercure

111 Quel type de spectre obtient-on agrave partir dune lampe agrave vapeur de mercure 112 Sur un axe gradueacute en longueur donde exprimeacutee en nanomegravetre donner les limites du

domaine du visible dans le vide puis situer le domaine des ultraviolets et celui des infrarouges

113 Un atome de mercure eacutemet un photon de longueur donde dans le vide 1 = 2536 nm valeur eacutegalement admise dans lair Calculer leacutenergie en joule puis en eacutelectronvolt de ce photon

114 Expliquer succinctement lutiliteacute dune lampe agrave vapeur de mercure dans la recherche de faux billets

10PHYCSIN1 Page 711

Exercice 1 Le polonium 210 (6 points)

A propos du polonium 210 on peut trouver dans lencyclopeacutedie WIKIPEDIA le texte suivant

laquo Cest le premier eacuteleacutement deacutecouvert par Pierre et Marie Curie en 1889 dans leurs recherches sur la radioactiviteacute [ ) Ce nest que plus tard quils deacutecouvrirent le radium Le mot polonium a eacuteteacute choisi en hommage aux origines polonaises de Marie Sklodowska-Curie [ ] Cest un eacutemetteur de rayonnement alpha Le 210Po a une demi-vie de 138 jours

[ ] 1 se deacutesintegravegre en eacutemettant des particules alpha dont leacutenergie est de 53 millions deacutelectrons volts [ ] Lexposition aux rayonnements ionisants augmente le risque de cancer danomalies geacuteneacutetiques et pourrait avoir de nombreuses conseacutequences sanitaires autres que les cancers

Le polonium 210 preacutesente une forte activiteacute [ ] Un seul gramme de polonium 210 preacutesente une activiteacute de 166 000 milliards de becquerels et par conseacutequent eacutemet 166 000 milliards de particules alpha par seconde raquo

Donneacutees

Quelques eacuteleacutements 81TI 82Pb 83Bi 8SAt 86Rn

Masses de quelques noyaux ou particules m( ~Be) = 900998 u m(~He) = 400151 u

m(1~C)=1199671 u m(6n)=100866u

1Masse molaire atomique M( 210 Po) =210 gmor

Quelques constantes et uniteacutes

Ceacuteleacuteriteacute de la lumiegravere dans le vide c =299792 x 108 msmiddot1

Nombre dAvogadro NA =6022 x 1023 mor1

Uniteacute de masse atomique 1 u =16605 x 1027 kg

1 Indiquer la composition dun noyau de polonium 21 0 (2~~ Po)

2 Ecrire leacutequation de deacutesinteacutegration dun noyau 2~~ Po en preacutecisant les lois de conservation

utiliseacutees (on supposera que le noyau fils formeacute est agrave leacutetat fondamental)

3 Leacuteleacutement polonium possegravede entre autres isotopes le noyau de 2~~PO

Deacutefinir la notion des noyaux isotopiques

4 Deacutefinir le temps de demi-vie t12 dun noyau radioactif

51 Enoncer la loi de deacutecroissance radioactive en preacutecisant la signification de chacun des termes

52 Sachant que lactiviteacute A(t) dune source radioactive veacuterifie A(t) = - dN (t) montrer que dt

lactiviteacute A(t) dune source radioactive est proportionnelle au nombre N(t) de noyaux radioactifs preacutesents dans cette source

53 Ecrire la relation entre la constante radioactive et le temps de demi-vie puis calculer la

valeur de la constante radioactive en Smiddot1 du 2~~ Po

10PHYCSIN1 Page 211

5

6

61 Calculer le nombre IJ de noyaux preacutesents dans une masse m = 100 g de polonium 210

62 Justifier par un calcul la phrase laquo un seul gramme de polonium 210 preacutesente une activiteacute de 166 000 milliards de becquerels raquo

7 Le polonium 210 est lun des produits issus des deacutesinteacutegrations successives de luranium 238

lesquelles conduisent agrave lisotope stable 2~~ Pb du plomb

Ces deacutesinteacutegrations sont de type a et ~-

On peut assimiler lensemble agrave une reacuteaction unique 238 U 206 Pb 4H 0

92 ~ 82 + X 2 e + y -1 e ougrave x et y sont des entiers

Deacuteterminer le nombre x de deacutesinteacutegrations a et le nombre y de deacutesinteacutegrations ~-

Pour effectuer ce calcul la connaissance de lordre des deacutesinteacutegrations nest pas neacutecessaire

8 Emetteura le polonium a de nombreuses utilisations

Il a eacuteteacute employeacute comme source de rayonnement a par Iregravene et Freacutedeacuteric Joliot-Curie dans les expeacuteriences qui ont conduit agrave la deacutecouverte de la radioactiviteacute artificielle en 1934 Associeacute au beacuteryllium il constitue une source de neutrons produits par la reacuteaction nucleacuteaire

9B 4H 12e 1 4 e + 2 e ~ 6 + on

81 Exprimer leacutenergie de cette reacuteaction E agrave partir des donneacutees

82 Calculer sa valeur en joules

83 Commenter le signe de la valeur obtenue pour E

10PHYCSIN1 Page 311

Exercice 2

Lextraction de leugeacutenol du clou de girofle (4 points)

Depuis plus dun siegravecle la vanilline est essentiellement produite artificiellement la premiegravere eacutetape de sa synthegravese consiste agrave extraire leugeacutenol du clou de girofle le clou de girofle est un bouton floral seacutecheacute qui contient une grande quantiteacute dhuile essentielle tregraves riche en eugeacutenol et aceacutetyleugeacutenol

Donneacutees

Solubiliteacute

Nom Formule Dans leau

Dans leau saleacutee

Dans leacutether

Reacuteaction acido basique avec

lion hydroxyde

Eugeacutenol 6 CH3 CH2=CH-CH2 Ij_ OH

noteacute R-OH

Peu soluble

Insoluble Tregraves

soluble Oui

Ion eugeacutenate 6 CH3 CH2=CH-CH2 Ij_ 0shy

noteacute R-O-

Tregraves soluble

Tregraves soluble

insoluble Non

Aceacutetyleugeacutenol 6 CH3 CH2=CH-CH2 Ij_ OCOCH3

Peu soluble

Insoluble Tregraves soluble

Non

Chlorure de sodium

NaCI Tregraves

soluble -------shy insoluble Non

Densiteacute de leau deau = 1 Ether solvant organique non miscible agrave leau de densiteacute dE = 071 Couple acide base R-OH R-Oshy

Lextraction de leugeacutenol du clou de girofle neacutecessite plusieurs eacutetapes

1 ~ Premiegravere eacutetape De la poudre de clou de girofle est introduite dans un ballon avec 250 ml deau distilleacutee et quelques grains de pierre ponce le ballon est ensuite placeacute dans le montage suivant

10PHYCSIN1 Page 411

11 Quel nom porte ce montage

12 Nommer sur la feuille annexe 1 page 1011 les eacuteleacutements numeacuteroteacutes du montage

13 Indiquer sur la feuille annexe 1 page 1011 le sens de circulation de leau dans la verrerie n03 Quel est le rocircle de cette verrerie

14 Expliquer lutiliteacute de la pierre ponce

2 - Deuxiegraveme eacutetape le relargage

l e distillat obtenu est une eacutemulsion dhuile essentielle du clou de girofle et deau On y ajoute du chlorure de sodium solide On agite jusquagrave dissolution complegravete du sel On laisse deacutecanter

21 Ecrire leacutequation de dissolution du chlorure de sodium dans leau

22 Expliquer le principe de cette opeacuteration de relargage

3 - Troisiegraveme eacutetape extraction liquide-liquide

le meacutelange preacuteceacutedent est introduit dans une ampoule agrave deacutecanter avec 30 ml deacutether On agite et on laisse deacutecanter

Repreacutesenter lampoule agrave deacutecanter indiquer les phases organique et aqueuse justifier la position des deux phases

4 - Quatriegraveme eacutetape seacuteparation de leugeacutenol et de laceacutetyleugeacutenol

la phase organique reacutecupeacutereacutee agrave leacutetape preacuteceacutedente contient un meacutelange deugeacutenol et daceacutetyleugeacutenol dans leacutether Cette solution organique est agrave nouveau mise dans une ampoule agrave deacutecanter avec une solution aqueuse dhydroxyde de sodium de concentration 2 molL1 On agite on laisse deacutecanter et on reacutecupegravere la phase aqueuse

La phase organique restante est laveacutee encore deux fois par la solution dhydroxyde de sodium

Les phases aqueuses sont rassembleacutees dans un beacutecher propre

41 Donner la formule de la solution aqueuse dhydroxyde de sodium

42 En consideacuterant les donneacutees physico-chimiques de laceacutetyleugeacutenol indiquer si laceacutetyleugeacutenol se trouve dans la phase aqueuse ou dans la phase organique Justifier

43 Ecrire leacutequation chimique modeacutelisant la transformation de leugeacutenol R-OH en ion eugeacutenate R-O

10PHYCSIN1 Page 511

44 Dans la phase aqueuse recueillie on introduit une solution concentreacutee dacide chlorhydrique jusquagrave obtenir un pH = 1

441 Donner la formule de la solution aqueuse dacide chlorhydrique 442 Ecrire les deux eacutequations chimiques modeacutelisant les transformations qui ont lieu dans le

beacutecher 443 Quel est le rocircle de lacide chlorhydrique

5 - Une nouvelle extraction liquide-liquide est reacutealiseacutee avec de leacutether dans une ampoule agrave deacutecanter Quelle phase doit-on reacutecupeacuterer Pourquoi

6 - Identification de leugeacutenol

Une analyse qualitative de leugeacutenol extrait est reacutealiseacutee par chromatographie sur couche mince On deacutepose sur une plaque une goutte deugeacutenol commercial (EC) une goutte daceacutetyleugeacutenol commercial (AC) et une goutte deugeacutenol extrait (EE) On observe apregraves eacutelution et reacuteveacutelation le chromatogramme ci-dessous

Interpreacuteter en justifiant le chromatogramme obtenu

lt Front du solvant

o 0

o 0

-E-lt- --- - Ligne de deacutepocirct

EC AC EE

10PHYCSIN1 Page 611

Exercice 3

Histoires deuros (6 points)

Les deux parties 1 et Il sont indeacutependantes

Partie 1 Les billets deuro infalsifiables gracircce agrave une lampe agrave vapeur de mercure

laquo Alors que lon croyait au moment de lintroduction fiduciaire de leuro que les billets de banque de la nouvelle monnaie europeacuteenne seraient infalsifiables le contraire est rapidement apparu poussant ainsi la banque europeacuteenne agrave trouver de nouvelles meacutethodes pour garantir le caractegravere infalsifiable des billets Une de ces meacutethodes pourrait constituer agrave incorporer des nanoparticules luminescentes dans les couleurs dimpression

Lentreprise hanseacuteatique Nanosolutions GmbH a mis au point des nanopigments qui ne peuvent ecirctre exciteacutes par fluorescence que de faccedilon seacutelective les pigments ne prennent une couleur rouge ou verte quavec laide dune source dultraviolets bien deacutefinie une lampe agrave vapeur de mercure Les caissiers et caissiegraveres munis dune lampe agrave vapeur de mercure miniature pourraient ainsi rapidement deacuteceler les faux billets raquo

wwwfutura-sciencescom

Une lampe agrave vapeur de mercure est constitueacutee dun cylindre de verre contenant le gaz mercure monoatomique agrave basse pression Lorsque le tube est mis sous tension une deacutecharge eacutelectrique se produit des eacutelectrons circulent dans le gaz entre deux eacutelectrodes ces eacutelectrons bombardent les atomes du gaz et leur cegravedent de leacutenergie Donneacutees

Constante de Planck h =662 x 10-34 Js 1Ceacuteleacuteriteacute de la lumiegravere dans le vide c = 300 x 108 ms-

Charge eacuteleacutementaire e = 160 x 10-19 C

11 Spectre de latome de mercure

111 Quel type de spectre obtient-on agrave partir dune lampe agrave vapeur de mercure 112 Sur un axe gradueacute en longueur donde exprimeacutee en nanomegravetre donner les limites du

domaine du visible dans le vide puis situer le domaine des ultraviolets et celui des infrarouges

113 Un atome de mercure eacutemet un photon de longueur donde dans le vide 1 = 2536 nm valeur eacutegalement admise dans lair Calculer leacutenergie en joule puis en eacutelectronvolt de ce photon

114 Expliquer succinctement lutiliteacute dune lampe agrave vapeur de mercure dans la recherche de faux billets

10PHYCSIN1 Page 711

6

61 Calculer le nombre IJ de noyaux preacutesents dans une masse m = 100 g de polonium 210

62 Justifier par un calcul la phrase laquo un seul gramme de polonium 210 preacutesente une activiteacute de 166 000 milliards de becquerels raquo

7 Le polonium 210 est lun des produits issus des deacutesinteacutegrations successives de luranium 238

lesquelles conduisent agrave lisotope stable 2~~ Pb du plomb

Ces deacutesinteacutegrations sont de type a et ~-

On peut assimiler lensemble agrave une reacuteaction unique 238 U 206 Pb 4H 0

92 ~ 82 + X 2 e + y -1 e ougrave x et y sont des entiers

Deacuteterminer le nombre x de deacutesinteacutegrations a et le nombre y de deacutesinteacutegrations ~-

Pour effectuer ce calcul la connaissance de lordre des deacutesinteacutegrations nest pas neacutecessaire

8 Emetteura le polonium a de nombreuses utilisations

Il a eacuteteacute employeacute comme source de rayonnement a par Iregravene et Freacutedeacuteric Joliot-Curie dans les expeacuteriences qui ont conduit agrave la deacutecouverte de la radioactiviteacute artificielle en 1934 Associeacute au beacuteryllium il constitue une source de neutrons produits par la reacuteaction nucleacuteaire

9B 4H 12e 1 4 e + 2 e ~ 6 + on

81 Exprimer leacutenergie de cette reacuteaction E agrave partir des donneacutees

82 Calculer sa valeur en joules

83 Commenter le signe de la valeur obtenue pour E

10PHYCSIN1 Page 311

Exercice 2

Lextraction de leugeacutenol du clou de girofle (4 points)

Depuis plus dun siegravecle la vanilline est essentiellement produite artificiellement la premiegravere eacutetape de sa synthegravese consiste agrave extraire leugeacutenol du clou de girofle le clou de girofle est un bouton floral seacutecheacute qui contient une grande quantiteacute dhuile essentielle tregraves riche en eugeacutenol et aceacutetyleugeacutenol

Donneacutees

Solubiliteacute

Nom Formule Dans leau

Dans leau saleacutee

Dans leacutether

Reacuteaction acido basique avec

lion hydroxyde

Eugeacutenol 6 CH3 CH2=CH-CH2 Ij_ OH

noteacute R-OH

Peu soluble

Insoluble Tregraves

soluble Oui

Ion eugeacutenate 6 CH3 CH2=CH-CH2 Ij_ 0shy

noteacute R-O-

Tregraves soluble

Tregraves soluble

insoluble Non

Aceacutetyleugeacutenol 6 CH3 CH2=CH-CH2 Ij_ OCOCH3

Peu soluble

Insoluble Tregraves soluble

Non

Chlorure de sodium

NaCI Tregraves

soluble -------shy insoluble Non

Densiteacute de leau deau = 1 Ether solvant organique non miscible agrave leau de densiteacute dE = 071 Couple acide base R-OH R-Oshy

Lextraction de leugeacutenol du clou de girofle neacutecessite plusieurs eacutetapes

1 ~ Premiegravere eacutetape De la poudre de clou de girofle est introduite dans un ballon avec 250 ml deau distilleacutee et quelques grains de pierre ponce le ballon est ensuite placeacute dans le montage suivant

10PHYCSIN1 Page 411

11 Quel nom porte ce montage

12 Nommer sur la feuille annexe 1 page 1011 les eacuteleacutements numeacuteroteacutes du montage

13 Indiquer sur la feuille annexe 1 page 1011 le sens de circulation de leau dans la verrerie n03 Quel est le rocircle de cette verrerie

14 Expliquer lutiliteacute de la pierre ponce

2 - Deuxiegraveme eacutetape le relargage

l e distillat obtenu est une eacutemulsion dhuile essentielle du clou de girofle et deau On y ajoute du chlorure de sodium solide On agite jusquagrave dissolution complegravete du sel On laisse deacutecanter

21 Ecrire leacutequation de dissolution du chlorure de sodium dans leau

22 Expliquer le principe de cette opeacuteration de relargage

3 - Troisiegraveme eacutetape extraction liquide-liquide

le meacutelange preacuteceacutedent est introduit dans une ampoule agrave deacutecanter avec 30 ml deacutether On agite et on laisse deacutecanter

Repreacutesenter lampoule agrave deacutecanter indiquer les phases organique et aqueuse justifier la position des deux phases

4 - Quatriegraveme eacutetape seacuteparation de leugeacutenol et de laceacutetyleugeacutenol

la phase organique reacutecupeacutereacutee agrave leacutetape preacuteceacutedente contient un meacutelange deugeacutenol et daceacutetyleugeacutenol dans leacutether Cette solution organique est agrave nouveau mise dans une ampoule agrave deacutecanter avec une solution aqueuse dhydroxyde de sodium de concentration 2 molL1 On agite on laisse deacutecanter et on reacutecupegravere la phase aqueuse

La phase organique restante est laveacutee encore deux fois par la solution dhydroxyde de sodium

Les phases aqueuses sont rassembleacutees dans un beacutecher propre

41 Donner la formule de la solution aqueuse dhydroxyde de sodium

42 En consideacuterant les donneacutees physico-chimiques de laceacutetyleugeacutenol indiquer si laceacutetyleugeacutenol se trouve dans la phase aqueuse ou dans la phase organique Justifier

43 Ecrire leacutequation chimique modeacutelisant la transformation de leugeacutenol R-OH en ion eugeacutenate R-O

10PHYCSIN1 Page 511

44 Dans la phase aqueuse recueillie on introduit une solution concentreacutee dacide chlorhydrique jusquagrave obtenir un pH = 1

441 Donner la formule de la solution aqueuse dacide chlorhydrique 442 Ecrire les deux eacutequations chimiques modeacutelisant les transformations qui ont lieu dans le

beacutecher 443 Quel est le rocircle de lacide chlorhydrique

5 - Une nouvelle extraction liquide-liquide est reacutealiseacutee avec de leacutether dans une ampoule agrave deacutecanter Quelle phase doit-on reacutecupeacuterer Pourquoi

6 - Identification de leugeacutenol

Une analyse qualitative de leugeacutenol extrait est reacutealiseacutee par chromatographie sur couche mince On deacutepose sur une plaque une goutte deugeacutenol commercial (EC) une goutte daceacutetyleugeacutenol commercial (AC) et une goutte deugeacutenol extrait (EE) On observe apregraves eacutelution et reacuteveacutelation le chromatogramme ci-dessous

Interpreacuteter en justifiant le chromatogramme obtenu

lt Front du solvant

o 0

o 0

-E-lt- --- - Ligne de deacutepocirct

EC AC EE

10PHYCSIN1 Page 611

Exercice 3

Histoires deuros (6 points)

Les deux parties 1 et Il sont indeacutependantes

Partie 1 Les billets deuro infalsifiables gracircce agrave une lampe agrave vapeur de mercure

laquo Alors que lon croyait au moment de lintroduction fiduciaire de leuro que les billets de banque de la nouvelle monnaie europeacuteenne seraient infalsifiables le contraire est rapidement apparu poussant ainsi la banque europeacuteenne agrave trouver de nouvelles meacutethodes pour garantir le caractegravere infalsifiable des billets Une de ces meacutethodes pourrait constituer agrave incorporer des nanoparticules luminescentes dans les couleurs dimpression

Lentreprise hanseacuteatique Nanosolutions GmbH a mis au point des nanopigments qui ne peuvent ecirctre exciteacutes par fluorescence que de faccedilon seacutelective les pigments ne prennent une couleur rouge ou verte quavec laide dune source dultraviolets bien deacutefinie une lampe agrave vapeur de mercure Les caissiers et caissiegraveres munis dune lampe agrave vapeur de mercure miniature pourraient ainsi rapidement deacuteceler les faux billets raquo

wwwfutura-sciencescom

Une lampe agrave vapeur de mercure est constitueacutee dun cylindre de verre contenant le gaz mercure monoatomique agrave basse pression Lorsque le tube est mis sous tension une deacutecharge eacutelectrique se produit des eacutelectrons circulent dans le gaz entre deux eacutelectrodes ces eacutelectrons bombardent les atomes du gaz et leur cegravedent de leacutenergie Donneacutees

Constante de Planck h =662 x 10-34 Js 1Ceacuteleacuteriteacute de la lumiegravere dans le vide c = 300 x 108 ms-

Charge eacuteleacutementaire e = 160 x 10-19 C

11 Spectre de latome de mercure

111 Quel type de spectre obtient-on agrave partir dune lampe agrave vapeur de mercure 112 Sur un axe gradueacute en longueur donde exprimeacutee en nanomegravetre donner les limites du

domaine du visible dans le vide puis situer le domaine des ultraviolets et celui des infrarouges

113 Un atome de mercure eacutemet un photon de longueur donde dans le vide 1 = 2536 nm valeur eacutegalement admise dans lair Calculer leacutenergie en joule puis en eacutelectronvolt de ce photon

114 Expliquer succinctement lutiliteacute dune lampe agrave vapeur de mercure dans la recherche de faux billets

10PHYCSIN1 Page 711

Exercice 2

Lextraction de leugeacutenol du clou de girofle (4 points)

Depuis plus dun siegravecle la vanilline est essentiellement produite artificiellement la premiegravere eacutetape de sa synthegravese consiste agrave extraire leugeacutenol du clou de girofle le clou de girofle est un bouton floral seacutecheacute qui contient une grande quantiteacute dhuile essentielle tregraves riche en eugeacutenol et aceacutetyleugeacutenol

Donneacutees

Solubiliteacute

Nom Formule Dans leau

Dans leau saleacutee

Dans leacutether

Reacuteaction acido basique avec

lion hydroxyde

Eugeacutenol 6 CH3 CH2=CH-CH2 Ij_ OH

noteacute R-OH

Peu soluble

Insoluble Tregraves

soluble Oui

Ion eugeacutenate 6 CH3 CH2=CH-CH2 Ij_ 0shy

noteacute R-O-

Tregraves soluble

Tregraves soluble

insoluble Non

Aceacutetyleugeacutenol 6 CH3 CH2=CH-CH2 Ij_ OCOCH3

Peu soluble

Insoluble Tregraves soluble

Non

Chlorure de sodium

NaCI Tregraves

soluble -------shy insoluble Non

Densiteacute de leau deau = 1 Ether solvant organique non miscible agrave leau de densiteacute dE = 071 Couple acide base R-OH R-Oshy

Lextraction de leugeacutenol du clou de girofle neacutecessite plusieurs eacutetapes

1 ~ Premiegravere eacutetape De la poudre de clou de girofle est introduite dans un ballon avec 250 ml deau distilleacutee et quelques grains de pierre ponce le ballon est ensuite placeacute dans le montage suivant

10PHYCSIN1 Page 411

11 Quel nom porte ce montage

12 Nommer sur la feuille annexe 1 page 1011 les eacuteleacutements numeacuteroteacutes du montage

13 Indiquer sur la feuille annexe 1 page 1011 le sens de circulation de leau dans la verrerie n03 Quel est le rocircle de cette verrerie

14 Expliquer lutiliteacute de la pierre ponce

2 - Deuxiegraveme eacutetape le relargage

l e distillat obtenu est une eacutemulsion dhuile essentielle du clou de girofle et deau On y ajoute du chlorure de sodium solide On agite jusquagrave dissolution complegravete du sel On laisse deacutecanter

21 Ecrire leacutequation de dissolution du chlorure de sodium dans leau

22 Expliquer le principe de cette opeacuteration de relargage

3 - Troisiegraveme eacutetape extraction liquide-liquide

le meacutelange preacuteceacutedent est introduit dans une ampoule agrave deacutecanter avec 30 ml deacutether On agite et on laisse deacutecanter

Repreacutesenter lampoule agrave deacutecanter indiquer les phases organique et aqueuse justifier la position des deux phases

4 - Quatriegraveme eacutetape seacuteparation de leugeacutenol et de laceacutetyleugeacutenol

la phase organique reacutecupeacutereacutee agrave leacutetape preacuteceacutedente contient un meacutelange deugeacutenol et daceacutetyleugeacutenol dans leacutether Cette solution organique est agrave nouveau mise dans une ampoule agrave deacutecanter avec une solution aqueuse dhydroxyde de sodium de concentration 2 molL1 On agite on laisse deacutecanter et on reacutecupegravere la phase aqueuse

La phase organique restante est laveacutee encore deux fois par la solution dhydroxyde de sodium

Les phases aqueuses sont rassembleacutees dans un beacutecher propre

41 Donner la formule de la solution aqueuse dhydroxyde de sodium

42 En consideacuterant les donneacutees physico-chimiques de laceacutetyleugeacutenol indiquer si laceacutetyleugeacutenol se trouve dans la phase aqueuse ou dans la phase organique Justifier

43 Ecrire leacutequation chimique modeacutelisant la transformation de leugeacutenol R-OH en ion eugeacutenate R-O

10PHYCSIN1 Page 511

44 Dans la phase aqueuse recueillie on introduit une solution concentreacutee dacide chlorhydrique jusquagrave obtenir un pH = 1

441 Donner la formule de la solution aqueuse dacide chlorhydrique 442 Ecrire les deux eacutequations chimiques modeacutelisant les transformations qui ont lieu dans le

beacutecher 443 Quel est le rocircle de lacide chlorhydrique

5 - Une nouvelle extraction liquide-liquide est reacutealiseacutee avec de leacutether dans une ampoule agrave deacutecanter Quelle phase doit-on reacutecupeacuterer Pourquoi

6 - Identification de leugeacutenol

Une analyse qualitative de leugeacutenol extrait est reacutealiseacutee par chromatographie sur couche mince On deacutepose sur une plaque une goutte deugeacutenol commercial (EC) une goutte daceacutetyleugeacutenol commercial (AC) et une goutte deugeacutenol extrait (EE) On observe apregraves eacutelution et reacuteveacutelation le chromatogramme ci-dessous

Interpreacuteter en justifiant le chromatogramme obtenu

lt Front du solvant

o 0

o 0

-E-lt- --- - Ligne de deacutepocirct

EC AC EE

10PHYCSIN1 Page 611

Exercice 3

Histoires deuros (6 points)

Les deux parties 1 et Il sont indeacutependantes

Partie 1 Les billets deuro infalsifiables gracircce agrave une lampe agrave vapeur de mercure

laquo Alors que lon croyait au moment de lintroduction fiduciaire de leuro que les billets de banque de la nouvelle monnaie europeacuteenne seraient infalsifiables le contraire est rapidement apparu poussant ainsi la banque europeacuteenne agrave trouver de nouvelles meacutethodes pour garantir le caractegravere infalsifiable des billets Une de ces meacutethodes pourrait constituer agrave incorporer des nanoparticules luminescentes dans les couleurs dimpression

Lentreprise hanseacuteatique Nanosolutions GmbH a mis au point des nanopigments qui ne peuvent ecirctre exciteacutes par fluorescence que de faccedilon seacutelective les pigments ne prennent une couleur rouge ou verte quavec laide dune source dultraviolets bien deacutefinie une lampe agrave vapeur de mercure Les caissiers et caissiegraveres munis dune lampe agrave vapeur de mercure miniature pourraient ainsi rapidement deacuteceler les faux billets raquo

wwwfutura-sciencescom

Une lampe agrave vapeur de mercure est constitueacutee dun cylindre de verre contenant le gaz mercure monoatomique agrave basse pression Lorsque le tube est mis sous tension une deacutecharge eacutelectrique se produit des eacutelectrons circulent dans le gaz entre deux eacutelectrodes ces eacutelectrons bombardent les atomes du gaz et leur cegravedent de leacutenergie Donneacutees

Constante de Planck h =662 x 10-34 Js 1Ceacuteleacuteriteacute de la lumiegravere dans le vide c = 300 x 108 ms-

Charge eacuteleacutementaire e = 160 x 10-19 C

11 Spectre de latome de mercure

111 Quel type de spectre obtient-on agrave partir dune lampe agrave vapeur de mercure 112 Sur un axe gradueacute en longueur donde exprimeacutee en nanomegravetre donner les limites du

domaine du visible dans le vide puis situer le domaine des ultraviolets et celui des infrarouges

113 Un atome de mercure eacutemet un photon de longueur donde dans le vide 1 = 2536 nm valeur eacutegalement admise dans lair Calculer leacutenergie en joule puis en eacutelectronvolt de ce photon

114 Expliquer succinctement lutiliteacute dune lampe agrave vapeur de mercure dans la recherche de faux billets

10PHYCSIN1 Page 711

11 Quel nom porte ce montage

12 Nommer sur la feuille annexe 1 page 1011 les eacuteleacutements numeacuteroteacutes du montage

13 Indiquer sur la feuille annexe 1 page 1011 le sens de circulation de leau dans la verrerie n03 Quel est le rocircle de cette verrerie

14 Expliquer lutiliteacute de la pierre ponce

2 - Deuxiegraveme eacutetape le relargage

l e distillat obtenu est une eacutemulsion dhuile essentielle du clou de girofle et deau On y ajoute du chlorure de sodium solide On agite jusquagrave dissolution complegravete du sel On laisse deacutecanter

21 Ecrire leacutequation de dissolution du chlorure de sodium dans leau

22 Expliquer le principe de cette opeacuteration de relargage

3 - Troisiegraveme eacutetape extraction liquide-liquide

le meacutelange preacuteceacutedent est introduit dans une ampoule agrave deacutecanter avec 30 ml deacutether On agite et on laisse deacutecanter

Repreacutesenter lampoule agrave deacutecanter indiquer les phases organique et aqueuse justifier la position des deux phases

4 - Quatriegraveme eacutetape seacuteparation de leugeacutenol et de laceacutetyleugeacutenol

la phase organique reacutecupeacutereacutee agrave leacutetape preacuteceacutedente contient un meacutelange deugeacutenol et daceacutetyleugeacutenol dans leacutether Cette solution organique est agrave nouveau mise dans une ampoule agrave deacutecanter avec une solution aqueuse dhydroxyde de sodium de concentration 2 molL1 On agite on laisse deacutecanter et on reacutecupegravere la phase aqueuse

La phase organique restante est laveacutee encore deux fois par la solution dhydroxyde de sodium

Les phases aqueuses sont rassembleacutees dans un beacutecher propre

41 Donner la formule de la solution aqueuse dhydroxyde de sodium

42 En consideacuterant les donneacutees physico-chimiques de laceacutetyleugeacutenol indiquer si laceacutetyleugeacutenol se trouve dans la phase aqueuse ou dans la phase organique Justifier

43 Ecrire leacutequation chimique modeacutelisant la transformation de leugeacutenol R-OH en ion eugeacutenate R-O

10PHYCSIN1 Page 511

44 Dans la phase aqueuse recueillie on introduit une solution concentreacutee dacide chlorhydrique jusquagrave obtenir un pH = 1

441 Donner la formule de la solution aqueuse dacide chlorhydrique 442 Ecrire les deux eacutequations chimiques modeacutelisant les transformations qui ont lieu dans le

beacutecher 443 Quel est le rocircle de lacide chlorhydrique

5 - Une nouvelle extraction liquide-liquide est reacutealiseacutee avec de leacutether dans une ampoule agrave deacutecanter Quelle phase doit-on reacutecupeacuterer Pourquoi

6 - Identification de leugeacutenol

Une analyse qualitative de leugeacutenol extrait est reacutealiseacutee par chromatographie sur couche mince On deacutepose sur une plaque une goutte deugeacutenol commercial (EC) une goutte daceacutetyleugeacutenol commercial (AC) et une goutte deugeacutenol extrait (EE) On observe apregraves eacutelution et reacuteveacutelation le chromatogramme ci-dessous

Interpreacuteter en justifiant le chromatogramme obtenu

lt Front du solvant

o 0

o 0

-E-lt- --- - Ligne de deacutepocirct

EC AC EE

10PHYCSIN1 Page 611

Exercice 3

Histoires deuros (6 points)

Les deux parties 1 et Il sont indeacutependantes

Partie 1 Les billets deuro infalsifiables gracircce agrave une lampe agrave vapeur de mercure

laquo Alors que lon croyait au moment de lintroduction fiduciaire de leuro que les billets de banque de la nouvelle monnaie europeacuteenne seraient infalsifiables le contraire est rapidement apparu poussant ainsi la banque europeacuteenne agrave trouver de nouvelles meacutethodes pour garantir le caractegravere infalsifiable des billets Une de ces meacutethodes pourrait constituer agrave incorporer des nanoparticules luminescentes dans les couleurs dimpression

Lentreprise hanseacuteatique Nanosolutions GmbH a mis au point des nanopigments qui ne peuvent ecirctre exciteacutes par fluorescence que de faccedilon seacutelective les pigments ne prennent une couleur rouge ou verte quavec laide dune source dultraviolets bien deacutefinie une lampe agrave vapeur de mercure Les caissiers et caissiegraveres munis dune lampe agrave vapeur de mercure miniature pourraient ainsi rapidement deacuteceler les faux billets raquo

wwwfutura-sciencescom

Une lampe agrave vapeur de mercure est constitueacutee dun cylindre de verre contenant le gaz mercure monoatomique agrave basse pression Lorsque le tube est mis sous tension une deacutecharge eacutelectrique se produit des eacutelectrons circulent dans le gaz entre deux eacutelectrodes ces eacutelectrons bombardent les atomes du gaz et leur cegravedent de leacutenergie Donneacutees

Constante de Planck h =662 x 10-34 Js 1Ceacuteleacuteriteacute de la lumiegravere dans le vide c = 300 x 108 ms-

Charge eacuteleacutementaire e = 160 x 10-19 C

11 Spectre de latome de mercure

111 Quel type de spectre obtient-on agrave partir dune lampe agrave vapeur de mercure 112 Sur un axe gradueacute en longueur donde exprimeacutee en nanomegravetre donner les limites du

domaine du visible dans le vide puis situer le domaine des ultraviolets et celui des infrarouges

113 Un atome de mercure eacutemet un photon de longueur donde dans le vide 1 = 2536 nm valeur eacutegalement admise dans lair Calculer leacutenergie en joule puis en eacutelectronvolt de ce photon

114 Expliquer succinctement lutiliteacute dune lampe agrave vapeur de mercure dans la recherche de faux billets

10PHYCSIN1 Page 711

44 Dans la phase aqueuse recueillie on introduit une solution concentreacutee dacide chlorhydrique jusquagrave obtenir un pH = 1

441 Donner la formule de la solution aqueuse dacide chlorhydrique 442 Ecrire les deux eacutequations chimiques modeacutelisant les transformations qui ont lieu dans le

beacutecher 443 Quel est le rocircle de lacide chlorhydrique

5 - Une nouvelle extraction liquide-liquide est reacutealiseacutee avec de leacutether dans une ampoule agrave deacutecanter Quelle phase doit-on reacutecupeacuterer Pourquoi

6 - Identification de leugeacutenol

Une analyse qualitative de leugeacutenol extrait est reacutealiseacutee par chromatographie sur couche mince On deacutepose sur une plaque une goutte deugeacutenol commercial (EC) une goutte daceacutetyleugeacutenol commercial (AC) et une goutte deugeacutenol extrait (EE) On observe apregraves eacutelution et reacuteveacutelation le chromatogramme ci-dessous

Interpreacuteter en justifiant le chromatogramme obtenu

lt Front du solvant

o 0

o 0

-E-lt- --- - Ligne de deacutepocirct

EC AC EE

10PHYCSIN1 Page 611

Exercice 3

Histoires deuros (6 points)

Les deux parties 1 et Il sont indeacutependantes

Partie 1 Les billets deuro infalsifiables gracircce agrave une lampe agrave vapeur de mercure

laquo Alors que lon croyait au moment de lintroduction fiduciaire de leuro que les billets de banque de la nouvelle monnaie europeacuteenne seraient infalsifiables le contraire est rapidement apparu poussant ainsi la banque europeacuteenne agrave trouver de nouvelles meacutethodes pour garantir le caractegravere infalsifiable des billets Une de ces meacutethodes pourrait constituer agrave incorporer des nanoparticules luminescentes dans les couleurs dimpression

Lentreprise hanseacuteatique Nanosolutions GmbH a mis au point des nanopigments qui ne peuvent ecirctre exciteacutes par fluorescence que de faccedilon seacutelective les pigments ne prennent une couleur rouge ou verte quavec laide dune source dultraviolets bien deacutefinie une lampe agrave vapeur de mercure Les caissiers et caissiegraveres munis dune lampe agrave vapeur de mercure miniature pourraient ainsi rapidement deacuteceler les faux billets raquo

wwwfutura-sciencescom

Une lampe agrave vapeur de mercure est constitueacutee dun cylindre de verre contenant le gaz mercure monoatomique agrave basse pression Lorsque le tube est mis sous tension une deacutecharge eacutelectrique se produit des eacutelectrons circulent dans le gaz entre deux eacutelectrodes ces eacutelectrons bombardent les atomes du gaz et leur cegravedent de leacutenergie Donneacutees

Constante de Planck h =662 x 10-34 Js 1Ceacuteleacuteriteacute de la lumiegravere dans le vide c = 300 x 108 ms-

Charge eacuteleacutementaire e = 160 x 10-19 C

11 Spectre de latome de mercure

111 Quel type de spectre obtient-on agrave partir dune lampe agrave vapeur de mercure 112 Sur un axe gradueacute en longueur donde exprimeacutee en nanomegravetre donner les limites du

domaine du visible dans le vide puis situer le domaine des ultraviolets et celui des infrarouges

113 Un atome de mercure eacutemet un photon de longueur donde dans le vide 1 = 2536 nm valeur eacutegalement admise dans lair Calculer leacutenergie en joule puis en eacutelectronvolt de ce photon

114 Expliquer succinctement lutiliteacute dune lampe agrave vapeur de mercure dans la recherche de faux billets

10PHYCSIN1 Page 711

Exercice 3

Histoires deuros (6 points)

Les deux parties 1 et Il sont indeacutependantes

Partie 1 Les billets deuro infalsifiables gracircce agrave une lampe agrave vapeur de mercure

laquo Alors que lon croyait au moment de lintroduction fiduciaire de leuro que les billets de banque de la nouvelle monnaie europeacuteenne seraient infalsifiables le contraire est rapidement apparu poussant ainsi la banque europeacuteenne agrave trouver de nouvelles meacutethodes pour garantir le caractegravere infalsifiable des billets Une de ces meacutethodes pourrait constituer agrave incorporer des nanoparticules luminescentes dans les couleurs dimpression

Lentreprise hanseacuteatique Nanosolutions GmbH a mis au point des nanopigments qui ne peuvent ecirctre exciteacutes par fluorescence que de faccedilon seacutelective les pigments ne prennent une couleur rouge ou verte quavec laide dune source dultraviolets bien deacutefinie une lampe agrave vapeur de mercure Les caissiers et caissiegraveres munis dune lampe agrave vapeur de mercure miniature pourraient ainsi rapidement deacuteceler les faux billets raquo

wwwfutura-sciencescom

Une lampe agrave vapeur de mercure est constitueacutee dun cylindre de verre contenant le gaz mercure monoatomique agrave basse pression Lorsque le tube est mis sous tension une deacutecharge eacutelectrique se produit des eacutelectrons circulent dans le gaz entre deux eacutelectrodes ces eacutelectrons bombardent les atomes du gaz et leur cegravedent de leacutenergie Donneacutees

Constante de Planck h =662 x 10-34 Js 1Ceacuteleacuteriteacute de la lumiegravere dans le vide c = 300 x 108 ms-

Charge eacuteleacutementaire e = 160 x 10-19 C

11 Spectre de latome de mercure

111 Quel type de spectre obtient-on agrave partir dune lampe agrave vapeur de mercure 112 Sur un axe gradueacute en longueur donde exprimeacutee en nanomegravetre donner les limites du

domaine du visible dans le vide puis situer le domaine des ultraviolets et celui des infrarouges

113 Un atome de mercure eacutemet un photon de longueur donde dans le vide 1 = 2536 nm valeur eacutegalement admise dans lair Calculer leacutenergie en joule puis en eacutelectronvolt de ce photon

114 Expliquer succinctement lutiliteacute dune lampe agrave vapeur de mercure dans la recherche de faux billets

10PHYCSIN1 Page 711

12 Diagramme eacutenergeacutetique de latome de mercure Le diagramme suivant repreacutesente sans souci deacutechelle certains niveaux deacutenergie de latome de mercure

Energie (eV)

~

o

- 373 E4

- 498 E3

- 555 E2- 577

E1

-1044 f------EO

121 Oue repreacutesentent

bull le niveau Eo = -1044 eV

bull les niveaux E1 E2 E3 E4

122 A laide du diagramme ci-dessus et de la reacuteponse agrave la question 11 3 (partie 1 - page 711) expliquer leacutemission dun photon de longueur donde dans le vide 1 = 2536 nm

123 Un atome de mercure dans son eacutetat fondamental reccediloit un photon deacutenergie 489 eV Oue se passe-t-il

Partie Il Une eacutetape dans la fabrication des piegraveces le cuivrage des flans

La Monnaie de Paris dispose agrave Pessac en Gironde (France) dun eacutetablissement moneacutetaire qui produit en grande seacuterie des piegraveces de monnaie courante pour la France et de nombreux pays laquo On appelle tian la rondelle de meacutetal precircte agrave la frappe Les Hans sont obtenus par deacutecoupage dune bande dacier rouleacutee en bobine pour les flans de 1 2 et 5 centimes deuro

Les flans dacier sont recouverts par eacutelectrolyse dune couche de cuivre pur pour les flans des piegraveces de 1 2 et 5 centimes deuro

Les flans cuivreacutes sont polis puis seacutecheacutes ensuite ils sont trieacutes puis compteacutes Les flans termineacutes sont stockeacutes avant frappe raquo

Source Monnaie de Paris

Un chimiste souhaite reacutealiser un deacutepocirct par eacutelectrolyse dune couche de cuivre sur un flan en acier dune piegravece de 5 centimes deuro

Ce flan est un cylindre laquo platraquo qui a pour diamegravetre d = 21 mm et pour eacutepaisseur J = 15 mm La couche de cuivre agrave deacuteposer doit avoir une eacutepaisseur e = 25 )lm

10PHYCSIN1 Page 811

dd

La technique deacutelectrolyse utilise une eacutelectrode de cuivre pur dite laquo soluble raquo Le principe du montage est le suivant

Flan en acier--pgt

+

Electrode de cuivre

----- Solution de sulfate de cuivre (II)

Donneacutees

Lintensiteacute du courant eacutelectrique est constante et vaut 1= 50 A 3La masse volumique du cuivre est Il(Cu) = 89 x 103 kgm-

Le faraday F =96500 Cmor1

Masse atomique du cuivre M(Cu) =635 gmor 1

Couple mltlred Cu2+Cu

21 Sur quelle eacutelectrode a lieu le deacutepocirct de cuivre

22 Indiquer sur le scheacutema en annexe 2 page 1111 le sens de circulation des eacutelectrons dans les fils eacutelectriques

23 Ecrire les eacutequations et nommer les reacuteactions qui se deacuteroulent aux eacutelectrodes en sachant que le seul couple qui est mis en jeu sur chacune dentre elles est celui du cuivre (Cu2+Cu)

24 Exprimer en fonction des donneacutees la surface du flan quil faut recouvrir de cuivre

En deacuteduire le volume de meacutetal agrave deacuteposer puis montrer que la masse correspondante est

ne d2 ~(Cu)m(Cu) = 2 +nef d Il(Cu)

et que sa valeur est de 018 g

25 Calculer la charge eacutelectrique Q qui a traverseacute le circuit pendant la dureacutee de leacutelectrolyse

26 Calculer la dureacutee i1t de cette eacutelectrolyse

9PHYCSIN2 Page 911

ANNEXE 1 A RENDRE AVEC LA COPIE

Exercice 2

Lextraction de leugeacutenol du clou de girofle

Question 12 Nommer dans le tableau suivant la verrerie numeacuteroteacutee

Ndeg NOM

1

2

3

4

Question 13 Indiquer ci-dessous le sens de circulation de leau dans la verrerie ndeg 3

9PHYCSIN2 Page 1011

ANNEXE 2 A RENDRE AVEC LA COPIE

Exercice 3 - Histoires deuros

Partie Il Une eacutetape dans la fabrication des piegraveces le cuivrage des flans

Question 22

Electrode de cuivre Flan en acier-~middot

+

------ Solution de sulfate de cuivre (II)

9PHYCSIN2 Page 1111

dd

La technique deacutelectrolyse utilise une eacutelectrode de cuivre pur dite laquo soluble raquo Le principe du montage est le suivant

Flan en acier--pgt

+

Electrode de cuivre

----- Solution de sulfate de cuivre (II)

Donneacutees

Lintensiteacute du courant eacutelectrique est constante et vaut 1= 50 A 3La masse volumique du cuivre est Il(Cu) = 89 x 103 kgm-

Le faraday F =96500 Cmor1

Masse atomique du cuivre M(Cu) =635 gmor 1

Couple mltlred Cu2+Cu

21 Sur quelle eacutelectrode a lieu le deacutepocirct de cuivre

22 Indiquer sur le scheacutema en annexe 2 page 1111 le sens de circulation des eacutelectrons dans les fils eacutelectriques

23 Ecrire les eacutequations et nommer les reacuteactions qui se deacuteroulent aux eacutelectrodes en sachant que le seul couple qui est mis en jeu sur chacune dentre elles est celui du cuivre (Cu2+Cu)

24 Exprimer en fonction des donneacutees la surface du flan quil faut recouvrir de cuivre

En deacuteduire le volume de meacutetal agrave deacuteposer puis montrer que la masse correspondante est

ne d2 ~(Cu)m(Cu) = 2 +nef d Il(Cu)

et que sa valeur est de 018 g

25 Calculer la charge eacutelectrique Q qui a traverseacute le circuit pendant la dureacutee de leacutelectrolyse

26 Calculer la dureacutee i1t de cette eacutelectrolyse

9PHYCSIN2 Page 911

ANNEXE 1 A RENDRE AVEC LA COPIE

Exercice 2

Lextraction de leugeacutenol du clou de girofle

Question 12 Nommer dans le tableau suivant la verrerie numeacuteroteacutee

Ndeg NOM

1

2

3

4

Question 13 Indiquer ci-dessous le sens de circulation de leau dans la verrerie ndeg 3

9PHYCSIN2 Page 1011

ANNEXE 2 A RENDRE AVEC LA COPIE

Exercice 3 - Histoires deuros

Partie Il Une eacutetape dans la fabrication des piegraveces le cuivrage des flans

Question 22

Electrode de cuivre Flan en acier-~middot

+

------ Solution de sulfate de cuivre (II)

9PHYCSIN2 Page 1111

ANNEXE 1 A RENDRE AVEC LA COPIE

Exercice 2

Lextraction de leugeacutenol du clou de girofle

Question 12 Nommer dans le tableau suivant la verrerie numeacuteroteacutee

Ndeg NOM

1

2

3

4

Question 13 Indiquer ci-dessous le sens de circulation de leau dans la verrerie ndeg 3

9PHYCSIN2 Page 1011

ANNEXE 2 A RENDRE AVEC LA COPIE

Exercice 3 - Histoires deuros

Partie Il Une eacutetape dans la fabrication des piegraveces le cuivrage des flans

Question 22

Electrode de cuivre Flan en acier-~middot

+

------ Solution de sulfate de cuivre (II)

9PHYCSIN2 Page 1111

ANNEXE 2 A RENDRE AVEC LA COPIE

Exercice 3 - Histoires deuros

Partie Il Une eacutetape dans la fabrication des piegraveces le cuivrage des flans

Question 22

Electrode de cuivre Flan en acier-~middot

+

------ Solution de sulfate de cuivre (II)

9PHYCSIN2 Page 1111