Al7sp12tepa0111 Sequence 04

7/22/2019 Al7sp12tepa0111 Sequence 04

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1Squence 4 SP12

Sommaire

1. Physique : Cohsion de la matire et radioactivitRsumExercices2. Chimie : Proprits physiques des alcanes et des alcoolsRsum

ExercicesDevoir autocorrectif n2

Physiquenergie et ractions nuclaires

ChimieProprits physiquesdes alcanes et des alcools

Squence 4

Cned Acadmie en ligne


2/34

Chapitre

1

P

hysique

3Squence 4 SP12

nergie et ractionsnuclaires

Chapitre

1

Physique

EConnatre la relation dEinstein entre masse et nergie

ESavoir calculer lnergie de liaison dun noyau et lnergie de liaison par nuclon

EConnatre les lois de conservation de la charge lectrique, du nombre de nuclonset de lnergie

ESavoir interprter la courbe dAston

ESavoir calculer lnergie libre par une raction nuclaire

EConnatre des exemples illustrant la libration dnergie par une raction nuclaire

Objectifs

A Masse et nergie

1. La relation dEinstein

Les physiciens du dbut du sicle prcdent constataient la trs grande valeur delnergie libre dans les ractions nuclaires : lors des dsintgrations radioactivestudies, cette nergie libre se retrouvait sous forme dnergie cintique desparticules qui taient mises trs grande vitesse ainsi que dans le rayonnementqui accompagnait souvent ces ractions (lnergie cintique est lnergie quepossde un corps en mouvement).

Mais ces mmes physiciens butaient sur la question : Do les noyaux peuvent-ils

tirer cette formidable nergie quils librent en se dsintgrant ?En btissant sa thorie de la relativit, Einstein apporta la rponse cette ques-tion : masse et nergie ne sont en fait que deux manifestations apparemmentdiffrentes de la mme grandeur.

Ainsi, lorsquun systme libre de lnergie, sa masse diminue et lorsquil absorbede lnergie, sa masse augmente.

Des mesures trs prcises ont confirm que la libration dnergie par les noyauxsaccompagnait dune petite diminution de leur masse. Lquivalence entremasse et nergie stend tous les phnomnes et pas seulement aux ractionsnuclaires, mais la quantit dnergie libre par les ractions chimiques est trop

faible pour quon puisse mettre en vidence la perte de masse (voir exercice 1).



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4 Squence 4 SP12

Squence

4P

hysique Masse et nergie, tant la manifestation dune mme grandeur, elles pourraient

sexprimer dans la mme unit, mais lutilisation du systme international (S.I)dunits o la masse sexprime en kilogramme et lnergie en joule impose lexis-tence dune relation de conversion de la masse (en kg) en nergie (en J).

Cette relation est appele relation dEinstein :

E = m c2.

Le facteur de conversion entre lnergie et la masse est le carr de la clrit dela lumire dans le vide. Comme celle-ci vaut : c = 3,00.108 m.s1, on comprendqu une faible diminution de la masse exprime en kg correspond une trs grandevaleur de lnergie exprime en J.

Mme dans les ractions nuclaires, il ny a quune petite fraction de la masse quise trouve libre sous forme dnergie.

Imaginons toutefois que lon sache transformer totalement la masse en nergie :

quelle nergie, exprime en unit S.I, obtiendrait-on avec 1,00 kg de matire ?A quelle dure de fonctionnement dune centrale lectrique de 1000 MW (soit 109 W)correspond une telle nergie ?

2. Units usuelles en physique nuclaireComme le kilogramme et le Joule sont dun emploi peu pratique en physiquenuclaire (elles sont adaptes pour ltude de phnomnes macroscopiques notre chelle), on exprime plus couramment, en physique nuclaire, les massesen unit de masse atomique (abrviation u) et les nergies en Mga-lectronvolt

(abrviation : MeV).

Comme la relation dEinstein : E = m c 2 avec c = 3,00.108 m.s1 ne peut treutilise quen unit S.I, il importe de savoir convertir des valeurs exprimes dansces diffrentes units.

Ainsi, 1 u = 1,66.1027 kg (cest par dfinition 112

de la masse dun atome de

carbone du nuclide6

12C , cette relation de conversion entre unit de masse ato-

mique et kilogramme na pas tre connue, elle est rappele dans les problmes).

Quant llectronvolt, il a pour valeur : 1 eV = 1,60.10 19 J, do lon dduit 1MeV = 1,60.1013 J.

B Cohsion du noyau

1. nergie de liaison

Considrons un ensemble de Z protons et de N neutrons immobiles et extrme-

ment loigns les uns des autres. La seule nergie E que possde ce systme tient la masse des particules quil contient :

Activit 1



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5Squence 4 SP12

Squence

4

P

hysique

E Z m c N m c = +p n

2 2 en notant mp

la masse du proton et mn

la masse du

neutron. Jusquici, nous avons considr que la masse du proton tait gale la masse

du neutron, mais les calculs que nous allons aborder maintenant exigent une plus

grande prcision et nous distinguerons ces deux masses.

Supposons maintenant que ces Zprotons et ces N neutrons soient associs pour formerun noyau de masse m0, lnergie de masse de ce noyau vaut E = m c o o

2. Cette

nergie E0 est toujours infrieure lnergieEdesZ protons et des Nneutrons spars.

On appelle nergie de liaison El

du noyau la diffrence : E El= E o

Lnergie de liaison reprsente lnergie quil fautfournir au noyau pour le briser en nuclons ind-pendants tous trs loigns les uns des autres(figure ci-contre).

En remplaant E et E0par leur valeur, on obtient :E = E E Z m N m c o p n mo+l = ( ) 2

On crit souvent cette relation sous la forme :

El= m c 2, dans laquelle m, qui est appel

dfaut de masse, reprsente la diffrence entre la masse des nuclons spars

et la masse du noyau :

m = Z m N mp n

mo

+

Lnergie de liaison et le dfaut de masse sont toujours positifs.

Connaissant les masses du proton : mp

= 1,0073 u, du neutron : mn

= 1,0087 u,

et la masse du noyau dhydrogne 3 (ou tritium) : mo

= 3,0165 u, calculer le dfaut

de masse (en u, puis en kg) et lnergie de liaison du noyau dhydrogne 3 (en MeV).

2. nergie de liaison par nuclon

Connaissant lnergie de liaison El dun noyau du nuclide ZAX qui possde A

nuclons, on obtient lnergie de liaison par nuclon en calculant le quotient ElA

.

Lnergie de liaison par nuclon sexprime en MeV/nuclon, elle reprsente lner-gie moyenne quil faudrait apporter chaque nuclon pour le sortir du noyau.

Plus lnergie de liaison par nuclon est grande, plus il est difficile dextraire lesnuclons du noyau et donc, plus le noyau est stable.

Le dfaut de masse du noyau de lithium 7 :3

7Li vaut : m = 0,0404 u.

Calculer lnergie de liaison par nuclon dans ce noyau (en MeV par nuclon).

Donnes : 1 u = 1,66.1027 kg .

nergie

noyau

nuclonsspars

E

E0

El

Activit 2

Activit 3



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6 Squence 4 SP12

Squence

4P

hysique C nergie libre par une raction

nuclaire

1. Lois de conservation en physique

On appelle loi de conservation une loi physique imposant quune grandeur donneconserve la mme valeur avant une transformation et la fin de cette transfor-mation.

Nous avons dj utilis (sans le dire expressment) deux lois de conservation dansle chapitre prcdent :

la loi de conservation de la charge lectrique : elle impose que la somme desnombres de charge soit la mme avant et aprs une raction.

la loi de conservation du nombre de nuclons : elle impose que la somme desnombres de masse soit la mme avant et aprs une raction.

Nous utiliserons aussi dans ce chapitre la loi de conservation de lnergie :elle impose que lnergie totale lissue dune raction nuclaire soit gale lnergie totale avant cette raction.

Or, lnergie de masse contenue dans les noyaux lissue dune raction estgnralement infrieure lnergie de masse contenue dans les noyaux avant laraction. La loi de conservation de lnergie permet daffirmer quil y a la fin dela raction, de lnergie autre que lnergie de masse des noyaux. Cette nergie

peut tre de lnergie cintique emporte par les noyaux et les particules mises(cest--dire de lnergie que possdent noyaux et particules du fait de leur vitesse),mais ce peut tre aussi de lnergie emporte par des ondes lectromagntiquestrs nergtiques : le rayonnement .

Vrifier la conservation de la charge lectrique et la conservation du nombre denuclons lors des deux ractions de dsintgrations radioactives ci-dessous :

90232

Th 88

228+

2

4Ra He ;

88228

Ra

2. nergie libre lors dune dsintgrationradioactive

La conservation de lnergie lors dune raction de dsintgration radioactivescrit :

Energie de masse du noyau pre (initialement immobile) = Energie de masse dunoyau fils et de la particule mise + nergie libre.

Lnergie libre se retrouve sous forme dnergie cintique de la particule mise,dnergie cintique du noyau fils (toujours beaucoup plus faible) et, ventuelle-

ment, dnergie emporte par le rayonnement .

Activit 4



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7Squence 4 SP12

Squence

4

P

hysique

Connaissant lnergie de masse de lamricium 241 :95

241Am qui vaut 224 495,8

MeV, celle du neptunium 237 : 93237Np qui vaut 220 762, 8 MeV et celle du noyau

dhlium qui vaut 3727,4 MeV, calculer lnergie libre par la raction de dsint-

gration de lamricium 241 aprs avoir crit lquation de cette dsintgration.

3. Courbe dAston

Nous avons vu, la fin du paragraphe B.2, que les noyaux les plus stables sont

ceux dans lesquels lnergie de liaison par nuclonE

A

l est la plus grande.

Si nous reprsentions sur un diagramme, lnergie de liaison par nuclon en fonc-tion du nombre A du nuclons, les noyaux les plus stables seraient ceux dontlordonne est la plus grande.

En fait, lhabitude est prise de reprsenter loppos de lnergie de liaison par

nuclon : E

A

l en fonction du nombre A du nuclons : la courbe obtenue, dont

lallure est reprsente ci-dessous, est appele courbe dAston.

2

5056

4

6

8

8,8

100 150 200 250

A

A(en Mev/nuclon)

El

Bien entendu, seules les valeurs entires de labscisse reprsentent des noyaux(il nexiste pas de noyaux contenant des fractions de nuclons !). Par ailleurs, lacourbe relle na pas exactement cette rgularit.

Mais le point important est celui-ci : les noyaux les plus stables sont ceux dontlordonne est la plus faible (du fait de lintervention du signe moins), donc ceuxqui se situent au fond de la cuvette. Il sagit des noyaux dont le nombre de

masse est voisin de 56 (fer, cuivre, cobalt) mais comme le fond de la cuvetteest relativement plat, il suffit de retenir que les noyaux les plus stables sont ceuxdont le nombre de masse nest ni trop grand ni trop petit.

Activit 5



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8 Squence 4 SP12

Squence

4P

hysique A partir de la courbe dAston, on peut

prvoir deux grands types de ractionsnuclaires susceptibles de fournir delnergie :

Raction de fission : Si un noyau trslourd se scinde en deux noyaux pluslgers de tailles comparables, ces deuxnoyaux seront situs plus prs du fondde la cuvette que le noyau initial cequi signifie que lnergie de liaison parnuclon va augmenter.

Comme lnergie de liaison par nuclonreprsente une nergie perdue par

chaque nuclon, dire quelle augmente signifie que les nuclons vont perdre delnergie. Cette diminution de lnergie de liaison par nuclon multiplie par lenombre de nuclons reprsente lnergie libre par la fission.

Raction de fusion : Si deux noyaux trs lgers fusionnent pour former unnoyau plus lourd, ce noyau plus lourd sera situ plus prs du fond de la cuvette.Comme prcdemment, la diminution de lnergie de liaison par nuclon multipliepar le nombre de nuclons reprsente lnergie libre par la fusion.

Y aurait-il libration dnergie au cours dune raction nuclaire o un noyau de

fer26

56Fe se briserait en deux noyaux identiques ?

D

D Fission nuclaire

1. Fission de luranium 235

La fission de luranium 235 est la coupure de ce noyau en deux noyaux de taillecomparable. Cette raction est provoque par limpact dun neutron sur le noyauduranium 235. On appelle noyaux fissiles les noyaux qui donnent une ractionde fission sous limpact dun neutron. Il existe dautres noyaux fissiles que lura-nium 235 (notamment les noyaux de plutonium 239 et 241) mais nous limiteronsnotre tude celui-l. Outre les deux noyaux rsultant de la coupure en deux dunoyau initial duranium 235, la raction produit aussi quelques lectrons qui sontjects grande vitesse, des neutrons (2 ou 3) ainsi quun intense rayonnement .

Limportant est que la raction, en produisant plusieurs neutrons, va se poursuivre :ces neutrons vont, leur tour, provoquer la fission dautres noyaux duranium 235

qui vont produire des neutrons.

AA(en Mev/nuclon)

fusion de deux

noyaux lgers

fission dunnoyau lourd

El

Activit 6



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9Squence 4 SP12

Squence

4

P

hysiqueOn obtient ainsi une raction en chane.

Dans les bombes atomiques fission (bombes A) , on laisse cette raction sem-baller et en trs peu de temps, tout luranium va subir la raction de fission,lnorme dgagement dnergie qui en rsulte provoque alors tous les dgts quelon connat. A la suite de lexplosion, les noyaux obtenus, qui sont radioactifs,contaminent le territoire bombard pendant de trs longues dures et provoquentdes maladies dans la population des dizaines dannes aprs limpact.

Dans les centrales nuclaires, au contraire, le nombre de neutrons est rgul pardes matriaux ayant la capacit de les absorber, de faon matriser constammentlnergie produite, utilise pour faire bouillir de leau destine faire tourner uneturbine.

Aprs utilisation, les barreaux duranium 235 contiennent de nombreux dchetsradioactifs (les noyaux obtenus lissue de la fission), ils peuvent tre retraits pouren retirer luranium 235 qui na pas ragi, mais de toute faon, les dchets ultimes

doivent finalement tre stocks de faon viter toute contamination radioactiveet ce problme du stockage des dchets est lune des difficults importantesrencontres dans lutilisation pacifique de lnergie nuclaire.

2. Bilan nergtique

Lnergie libre par une raction nuclaire est la diffrence entre lnergie demasse totale avant la raction (celle du noyau duranium 235 plus celle du neutronprovoquant la fission) et lnergie de masse totale aprs raction (celle des noyaux

plus celle des neutrons et lectrons mis).

On trouve en moyenne une nergie libre de 200 MeV par raction de fission.

Ceci signifie quun gramme duranium peut librer une nergie denviron 8.1010Jalors quil faut brler prs de deux tonnes de ptrole pour obtenir ce mme rsultat.

Sachant que la fission dun atome duranium 235 (de masse m = 3,9.1025 kg)libre, en moyenne, une nergie de 200 MeV, vrifier la valeur 8.1010 J qui corres-pond libre par la fission dun gramme duranium 235.

1 MeV = 1,6.1013 J

E Fusion nuclaire

Les ractions de fusion dgagent normment dnergie, bien plus que les ractionsde fission pour une mme valeur de la masse initiale.

Ces ractions sont lorigine de lnergie produite par les toiles comme le Soleil

grce la fusion de lhydrogne (voir exercice 9) .

Activit 7



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10 Squence 4 SP12

Squence

4P

hysique Malheureusement, cette nergie est difficile domestiquer car il faut provoquer

le contact entre deux noyaux qui ont tendance se repousser puisquils sont tousdeux chargs positivement.

Ils ne peuvent approcher assez prs lun de lautre pour enclencher la raction defusion que sils vont trs vite, cest--dire sils sont dans un milieu extrmementchaud (de lordre de cent millions de degrs).

Dans les armes thermonuclaires (bombes H), cette temprature est atteinte parlexplosion dune bombe fission qui lve assez la temprature pour enclencherla raction de fusion entre lhydrogne 2 (deutrium) et lhydrogne 3 (tritium).

Les recherches se poursuivent pour tenter de maintenir un plasma (gaz ionis)suffisamment longtemps une temprature assez leve pour que samorcent laraction de fusion.

Notons pour terminer quune partie de lnergie gothermique (utilisation de lachaleur des nappes deau souterraines chauffes par les ractions radioactivesayant lieu dans le sol) et lintgralit de lnergie solaire (due aux ractions defusion dans le soleil) sont initialement de lnergie nuclaire.



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11Squence 4 SP12

RsumELa valeur, en joule, de lnergie obtenue par transformation dune masse m,

exprime en kg, est donne par la formule dEinstein : E = m c 2 avec

c = 3,00.108 m.s1

EOn appelle nergie de liaison El du noyau la diffrence : E El = E o en notant

E = Z m N m c p n

+( ) 2 lnergie de masse des Z protons et N neutrons sparset en notant E = m c

o o

2 lnergie de masse de ces nuclons assembls pour

former un noyau de masse m0.

Cette relation de dfinition de lnergie de liaison peut aussi scrire sous la

forme : E = m c l

2 , dans laquellem, qui est appel dfaut de masse, repr-

sente la diffrence entre la masse des nuclons spars et la masse du noyau :

m = Z m N m p n

mo

+ .

Le dfaut de masse est souvent exprim en unit de masse atomique (1 u =1,66.1027 kg).

EEn physique des particules, lnergie est souvent exprime en lectronvolt1 eV = 1,60.1019 J, ou en mga-lectronvolt : 1 MeV = 1,60.1013 J.

EConnaissant lnergie de liaison El dun noyau du nuclide ZAX qui possde A

nuclons, on obtient lnergie de liaison par nuclon en calculant le quotientE

A

l qui sexprime en MeV/nuclon.

EOn appelle loi de conservation une loi physique imposant quune grandeur

donne conserve la mme valeur avant une transformation et la fin de cettetransformation.

Pour crire une raction nuclaire, on utilise la loi de conservation de la chargelectrique et la loi de conservation du nombre de nuclons.

Pour calculer lnergie libre par la raction, on utilise la loi de conservationde lnergie : elle impose que lnergie totale lissue dune raction nuclairesoit gale lnergie totale avant cette raction.

ELa courbe dAston est obtenue en portant en abscisse le nombre de nuclons de

chaque noyau et en ordonne loppos de lnergie de liaison par nuclon : E

A

l.

Sur cette courbe, les noyaux les plus stables se situent au fond de la cuvette



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12 Squence 4 SP12

Squence

4P

hysique ERaction de fission : un noyau trs lourd se scinde en deux noyaux plus lgers

de tailles comparables. Ainsi, luranium 235 est fissile et la raction, en produi-sant plusieurs neutrons, va se poursuivre : il sagit dune raction en chane.Les noyaux obtenus par cette fission constituent les dchets radioactifs descentrales nuclaires.

ERaction de fusion : deux noyaux trs lgers fusionnent pour former un noyauplus lourd.

Ces ractions sont lorigine de lnergie produite par les toiles comme leSoleil, grce la fusion de lhydrogne.



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13Squence 4 SP12

ExercicesCes exercices doivent tre rsolus avec laide dun tableau priodique des lments,

les valeurs numriques utiles la rsolution sont rechercher dans le cours.

Einstein et lavoisier

Equation de la raction de combustion du dihydrogne dans le dioxygne : 2 H2+ O2 2 H2O

La combustion de 2 moles de dihydrogne avec une mole de dioxygne fournit

2 moles deau.Lavoisier concluait quil y avait conservation de la masse : 4 g de dihydrogne brlentdans 32 g de dioxygne pour donner 36 g deau. Mais cette raction est explosive etlibre une nergie de 500 kJ (pour la combustion des 4 g de dihydrogne).

1Cette raction est-elle une raction chimique ou une raction nuclaire ? Expliquer.

2Connaissant la valeur de lnergie libre par cette raction, calculer la pertede masse (en kg) en utilisant la relation dEinstein.

La loi de Lavoisier (selon laquelle la masse des produits obtenus lissue dune rac-tion chimique est gale la masse des ractifs initiaux) est-elle remise en cause ?

Energie et radioactivit

Lors de la dsintgration du radium 226 :88

226Ra donnant un noyau de radon,

on constate que la masse en fin de raction a diminu de 0,0023 % par rapport la masse initiale.

Calculer, en J, lnergie libre par la dsintgration radioactive complte dunnanogramme de radium 226.

Energie de liaison dun noyau dor 197.

Calculer, en MeV, lnergie de liaison du noyau dor 197 :79197

Au et son nergiede liaison par nuclon.

Donnes : masse du noyau dor 197 : m0 = 3,26996.1025 kg.

Masse dun proton : mp = 1,6726. 1027 kg ; masse dun neutron : mn=

1,6749.1027 kg.

Clrit de la lumire dans le vide : c = 3,00.108 m.s1 ; 1 eV = 1,6.1019 J.

Dsintgration du radium 226

Le radium 226 est radioactif. Sa dsintgration donne du radon 222. La diffrenceentre lnergie de masse du radium 226 et celle des produits de la dsintgra-

Exercice 1

Exercice 2

Exercice 3

Exercice 4



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14 Squence 4 SP12

Squence

4P

hysique tion (particule et noyau de radon) vaut 4,9 MeV. Lnergie cintique totale des

produits de la raction (cest--dire la somme de lnergie cintique du noyau deradon et de lnergie cintique de la particule ) vaut parfois 4,9 MeV, parfois4,7 MeV et parfois 4,4 MeV. Y a-t-il dans tous les cas conservation de lnergie ?

Radioactivit du bismuth 212

Les noyaux de bismuth 212 :83

212Bi sont radioactifs : ils se dsintgrent en donnant

une particule et un atome de thallium (Tl).

Ecrire lquation de cette raction et calculer, en MeV, lnergie libre par ladsintgration dun atome de bismuth.

Donnes : masse de latome de bismuth 212 : 3,519422.1025 kg.

Masse de latome de thallium obtenu : 3,452865. 1025 kg ; masse de la particule : 6,6456. 1027 kg

Clrit de la lumire dans le vide : c = 3,00.108 m.s1 ; 1 eV = 1,6.1019 J.

Racteur nuclaire utilis pour la propulsion

La propulsion dun sous marin nuclaire utilise la fission de luranium 235.

Il existe une multitude de ractions de fission possibles pour luranium 235,

mais nous supposerons que toutes les fissions se font selon la raction :92

235U +

0

1

38

94

54

140

0

1n Sr + Xe + 2 n1Calculer, en joule puis en MeV, lnergie libre par une fission.

2Calculer la masse duranium 235 utilis en un jour de fonctionnement, si leracteur fournit une puissance utilisable de 10 MW avec un rendement de 1/3(cela signifie que les ractions nuclaires doivent fournir une puissance de 30MW dont seulement le tiers est utilisable).

Donnes :

Masse dun noyau duranium 235 : 235,0439 u ; masse dun noyau de strontium94 : 93,9154 u

Masse dun noyau de xnon 140 : 139,9252 u ; masse dun neutron isol : 1,0087 u.

Clrit de la lumire dans le vide : c = 3,00.108 m.s-1 ; 1 eV = 1,6.1019 J.

1 u = 1,6605.1027 kg.

Raction de fusion deutrium-tritium

Calculer, en MeV, lnergie libre par la fusion dun noyau de deutrium avec

un noyau de tritium selon lquation :1

2

1

3

2

4

0

1H + H He + n partir des valeurs

indiques dans le tableau ci-dessous :

neutron Hydrogne 2 Hydrogne 3 Hlium 4

Energie de liaison (en MeV par nuclon) 0 1,10 2,80 7,05

Exercice 5

Exercice 6

Exercice 7



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15Squence 4 SP12

Squence

4

P

hysiqueRacteur nuclaire

Lire attentivement le texte ci-dessous avant de rpondre aux questions :

Dans la cuve du racteur (1), les ractions de fission se produisant dans les barreauxduranium 235 dgagent de la chaleur. Ces barreaux contiennent de luranium

enrichi contenant 3% duranium 235 fissile, alors que luranium naturel contientsurtout de luranium 238 et seulement 0,7% duranium 235. Luranium 238 nestpas fissile, mais il absorbe des neutrons et se transforme aprs dsintgrationsradioactives en plutonium fissile.

Les barreaux de contrle (2) contiennent du cadmium qui a la proprit dabsorbertrs fortement les neutrons, ce qui permet de rguler le flux de neutrons dansle racteur. En cas daccident (rupture des canalisations du circuit primaire, cesbarres de scurit tombent de faon arrter les ractions de fission. Toutefois,le dgagement dnergie ne sarrte pas instantanment et lchauffement brutalet intense du cur peut entraner des surpressions provoquant dnormes dgts

et la dissmination de produits radioactifs.

1

23

4

6

7

8

5

Leau, qui circule dans ce circuit primaire, maintenue sous forte pression par lepressuriseur (3), va ensuite chauffer dans lchangeur (4) leau du circuit secon-daire puis est renvoye par la pompe primaire (5) dans la cuve.

Leau du circuit secondaire, chauffe dans lchangeur, se transforme en vapeurdeau sous forte pression, elle fait tourner la turbine (6) qui entrane lalternateur

produisant le courant lectrique.

La vapeur deau est ensuite refroidie dans le condenseur (par leau dun fleuve etlair atmosphrique dans dnormes tours de refroidissement) avant dtre envoye nouveau par la pompe (8), sous forme liquide, dans lchangeur.

Dans ces racteurs, appels racteurs eau pressurise ou racteurs REP), leau ducircuit primaire sert la fois de fluide caloporteur (elle transporte la chaleur jusqulchangeur) et de modrateur (elle ralentit par chocs les neutrons qui sautentdun barreau duranium lautre, les rendant ainsi plus efficaces).

Un tel racteur fournit couramment une puissance lectrique de 1000 MWe pour

une puissance thermique de 3000 MWth fournie par la fission de luranium.

Exercice 8



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16 Squence 4 SP12

Squence

4P

hysique Priodiquement, les barreaux (appels aussi crayons) contenant luranium 235

doivent tre changs, ils peuvent ensuite tre retraits pour retirer luranium 235quils contiennent encore et le plutonium qui sest form, et les dchets doiventensuite tre stocks.

Questions:

1Luranium 238, qui nest pas fissile, se transforme par absorption dun neu-tron, en uranium 239 qui donne du plutonium 239 aprs deux dsintgrationsradioactives . Ecrire les quations de ces deux dsintgrations.

2Quappelle-t-on dchets dans ce texte ? Quel problme pose leur stockage ?

3Expliquer la diffrence entre MWe (mgawatt lectrique) et MWth (mgawattthermique).

4Quappelle-t-on enrichissement de luranium ?

Lnergie des toiles

Lnergie mise par des toiles comme le Soleil qui sont dnormes boules dhy-drogne provient de la raction de fusion des noyaux dhydrogne 1 (ou protons).En plusieurs tapes, quatre protons fusionnent pour donner de lhlium et deuxpositons.

1Ecrire lquation traduisant la fusion des quatre protons.

2Pourquoi les ractions de fusion de lhydrogne se produisent-elles dans lesoleil alors quelles ne se produisent pas (heureusement !) lorsquon manipuledes flacons dhydrogne ?

3Sachant que la puissance totale rayonne par le Soleil vaut 4.1026 W, calculerla perte de masse du Soleil en une seconde.

4Existe-t-il actuellement des racteurs nuclaires produisant de llectricit partir de ractions de fusion ?

Exercice 9



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17Squence 4 SP12

Chapitre

2

Chimie

Chapitre

2

Chimie

Proprits physiquesdes alcanes et des alcools

EIdentifier et nommer un alcane.

EIdentifier et nommer un alcool.

EReconnatre une chane carbone linaire, ramifie ou cyclique.

EDonner les formules semi-dveloppes correspondant une formule brute don-ne dans le cas de molcules simples.

EInterprter :ELvolution des tempratures de changement dtat entre les alcanes et les alcools.

ELes diffrences de temprature de changement dtat entre les alcanes et les alcools.

ELa plus ou moins grande miscibilit des alcools avec leau.

ERaliser une distillation fractionne.

Objectifs

La chimie organique est la chimie des composs du carbone. Une molcule orga-nique contient toujours les lments carbone et hydrogne et, assez souvent, leslments oxygne et azote.

Jusquau dbut du XIX sicle, les molcules organiques ne sont produites quepar les organismes vivants (animaux, vgtaux). On pensait alors que seule laforce vitale permettait de les synthtiser.

Mais, en 1827, un chimiste allemand, Friedrich Wlher, russit synthtiser aulaboratoire une molcule organique partir de composs inorganiques: lure.

Les composs organiques peuvent tre classs par famille en fonction de leursproprits chimiques ; en effet, on remarque que certains composs ragissent demanire similaire vis--vis dun ractif donn.

Cette analogie de comportement trouve son origine dans une analogie de structure :les molcules dune mme famille possdent le mme groupe caractristique. Un

groupe caractristique est un atome ou un groupe datomes qui caractrise une famille.

A Les alcanes

1. Structure

Cest la famille des hydrocarbures (composs ne contenant que des atomes dhy-

drogne et de carbone) la plus simple : les atomes de carbone ne sont lis quepar des liaisons de covalence simple.



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18 Squence 4 SP12

Squence

4

Chimie La formule gnrale dun alcane chane carbone sature et non cyclique est

donc CnH2n+2.

Dans ces alcanes linaires, chaque atome de carbone est reli deux atomes decarbone voisins et 2 atomes dhydrogne lexception des atomes de carbone enbout de chane qui sont relis un atome de carbone et 3 atomes dhydrogne.

Dans le tableau suivant, sont regroups les noms des alcanes linaires les plussimples ( mmoriser) :

Formule semi-dveloppe Nom

CH4 Mthane

CH3-CH3 thane

CH3-CH2-CH3 Propane

CH3-CH

2-CH

2-CH

3Butane

CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 Pentane

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 Hexane

Remarque: lappellation linaire ne correspond pas la structure de ces mol-cules dans lespace. Cela signifie que la chane carbone (enchanement desatomes de carbone de la molcule) est unique.

En effet, lenvironnement de chaque atome de carbone est ttradrique, commedans la molcule de mthane dans laquelle langle entre 2 liaisons C-H est

C

H

H

H

Hde 109. De mme dans lthane : C C

H

H

H

H

H

H

Lorsque la chane carbone nest plus unique, on parle alors dalcane ramifi :

Par exemple, partir du propane : CH3-CH2-CH3 alcane linaire, si lon remplaceun atome dhydrogne reli au carbone au centre de la chane carbone par unsubstituant CH3 pour obtenir lalcane ramifi : CH3

CH3

CH3CH

2. Nomenclature

Lorsquon enlve un atome dhydrogne un alcane (formule brute C nH2n+2) ,on obtient un groupement datomes de formule CnH2n+1 appel : groupementalkyle. Ce groupement est aussi appel : radical lorsquil est li un atomede carbone dune chane carbone (prsence dun tiret).

Le nom dun tel groupement est obtenu en remplaant la terminaison ane de

lalcane par la terminaison yle .



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19Squence 4 SP12

Squence

4

Chimie

Alcane Groupe alkyle

CH4 : mthane -CH3 : mthyle

C2H6 : thane -C2H5 : thyle

C3H8 : propane -C3H7 : propyle

Pour nommer la molcule :CH3

CH3

CH3CH la premire tape est de dtermi-

ner sa structure fondamentale en retrouvant dans sa formule semi dveloppe lachane carbone principale. Dans le cas dun alcane, elle correspondra la chane

carbone linaire la plus longue.Ici, la chane carbone principale possde 3 atomes de carbone : CH3-CH-CH3 ;son nom drivera donc du propane; il reste un groupe appel groupe substituantCH3 drivant du mthane donc appel : mthyle .

Numrotons les atomes de carbone de la chane carbone ; quel que soit lordrede numrotation adopt, le substituant mthyle est li au carbone 2 , donc lamolcule sappelle : 2-mthylpropane (on enlve le e mthyle).

Un substituant est un atome ou groupe datomes qui remplace un atome dhy-drogne dans la structure fondamentale.

On choisit toujours la numrotation des atomes de carbone de la chane carbonequi donne le(s) plus petit(s) indice(s) de position aux substituants.

Nommer la molcule dont la formule semi-dveloppe est :

H3C

CH3

CHCH2 CH2

CH3

CH CH3

La reprsentation spatiale dune molcule peut se faire laide de modlesmolculaires. Pour cela, on utilise des boules de couleur censes reprsenter lesatomes, ces boules tant relies entre elles par des tiges plastiques modlisant lesliaisons covalentes. Si on utilise des tiges courtes, on forme un modle compact,si ce sont des tiges longues, on parle de modle clat.

Par exemple, le modle compact du mthane CH4 est :

Activit 1



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20 Squence 4 SP12

Squence

4

Chimie Donner la formule semi-dveloppe et le nom de la molcule de modle molculaire :

Lintrt du modle molculaire est de nous donner une ide plus prcise de lastructure spatiale de la molcule. On vrifie sur lexemple prcdent que la chanecarbone dun alcane dit linaire nest pas linaire mais plutt en zig-zag .

Signalons lexistence de formules topologiques dans lesquelles la chane carbonede lalcane est reprsente par une chane nue en zig-zag et porte autant datomesdhydrogne que ncessaire pour sa valence 4 .

Le butane est ainsi reprsent : et le 2-mthylpentane :

Signalons enfin lexistence de chanes carbones cycliques comme le cyclohexane

de formule :

B Les alcools

1. Structure

Considrons lalcane le plus simple : le mthane CH4 et rem-plaons un atome dhydrogne par un groupe datomes : O-H.

Nous obtenons une nouvelle molcule de formule dve-loppe :

La molcule obtenue sappelle le mthanol ; cest le plus simple des alcools.

On appelle alcool un compos dans lequel un groupe caractristique hydroxyle OH est li un atome de carbone ttragonal cest--dire ne formant que desliaisons covalentes simples (4 liaisons avec 4 atomes).

Un alcool est donc caractris par la prsence de la structure :

appele fonction ou groupe caractristique alcool.

Latome de carbone qui est li au groupe OH est appel : carbone fonctionnel.

Le carbone fonctionnel peut tre li des atomes dhydrogne ou des groupes alkyle.

La formule gnrale dun alcool chane carbone sature et non cyclique estdonc CnH2n+1OH.

Activit 2

H C

H

H

O H

C O H



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21Squence 4 SP12

Squence

4

Chimie2. Nomenclature

La chane principale est la chane la plus longue contenant le carbone fonctionnel.La numrotation de la chane est choisie de faon que le carbone fonctionnel aitle numro le plus petit.

Le nom de lalcool est celui de lalcane correspondant suivi du numro du carbonefonctionnel et suivi du suffixe ol .

Exemple : lalcool de formule :

CH3 CH3CH

OH

La chane carbone est 3 carbones (propane) et le carbone 2 est le carbonefonctionnel (quelque soit le sens de numrotation des atomes de carbone) : ilsagit donc du propan-2-ol.

a. Nommer lalcool de formule semi-dveloppe :

b. Donner la formule de lalcool : 3-mthylpentan-2-ol.

3. Les classes dalcools

Il existe trois classes dalcools (selon le nombre de groupes alkyle R fixs sur lecarbone fonctionnel) :

Dans un alcool primaire, le carbone fonctionnel est li un seul atome decarbone (ou exceptionnellement zro), donc un seul groupe alkyle.

Si on dsigne le groupe alkyle par R , la formule gnrale dunalcool primaire est :

Ou : R-CH2-OH.

Les alcools les plus utiliss sont dits primaires ; cest le cas dumthanol vu ci-dessus ou de lthanol (CH3-CH2-OH) : alcooldes boissons alcoolises.

Dans un alcool secondaire, le carbone fonctionnel est li 2 atomes de carbone,

donc 2 groupes alkyle.Si on dsigne les groupes alkyle par R et R (identiques ou diffrents) , la formule

gnrale dun alcool secondaire est : R C

R

H

OH

Lalcool secondaire le plus simple est obtenu pour : R et R : CH3 ce qui donne laformule : CH3 CH3CH

OHCest le propan-2-ol.

Activit 3

R C

H

H

OH



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22 Squence 4 SP12

Squence

4

Chimie Dans un alcool tertiaire, le carbone fonctionnel est li 3 atomes de carbone,

donc 3 groupes alkyle.

Si on dsigne les groupes alkyle par R , R, R (identiques ou diffrents) , la formule

gnrale dun alcool tertiaire est : R C

R

R

OH

Classer les alcools suivants (primaire, secondaire ou tertiaire) : propan-1-ol ;2-mthylpropan-2-ol ; 3-mthylpentan-2-ol.

C Influence de la chaine carbonedune molcule sur ses propri-ts physiques

1. Tempratures de changement dtat

Observons le tableau ci-dessous prsentant ltat physique ( temprature et

pression habituelles) et les tempratures de fusion et dbullition de quelquesalcanes linaires :

Nom Formule brute tat physiqueTemprature de

fusion (C)Temprature dbul-

lition (C)

Mthane CH4 Gazeux -182,6 -161,6

thane C2H6 Gazeux -183,6 -88,6

Propane C3H8 Gazeux -187,7 -42,3

Butane C4

H10

Gazeux -138,3 -0,5

Pentane C5H12 Liquide -129,7 36,1

Hexane C6H14 Liquide -95,3 68,7

Heptane C7H16 Liquide -90,6 98,4

Octane C8H18 Liquide -56,8 125,6

Nonane C9H20 Liquide -53,7 150,7

Dcane C10H22 Liquide -29,8 174,0

Eicosane C20

H42

Solide 36,4 344,0

Activit 4



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23Squence 4 SP12

Squence

4

ChimieComplter la conclusion : La temprature de changement dtat dun alcane

linaire ..lorsque le nombre datomes de carbone de la chane car-bone augmente, cest--dire lorsque la masse molaire de la molcule augmente.

Afin de constater lvolution de la ramification de la chane carbone, voyons letableau suivant :

Nom Formule semi-dveloppe Temprature dbullition (C)

Hexane CH3-(CH2)4-CH3 69

2-mthylpentane

CH3

CH3H3C

60

2,3-dimthylbutane

CH3

CH3

CH3

H3C 58

Complter la conclusion : La temprature de changement dtat dalcanes iso-mres ..lorsque le nombre de ramifications augmente .

Enfin, tudions les diffrences de temprature de changement dtat entre lesalcanes et les alcools.

Pour cela, traons le graphe exprimant la temprature dbullition t en fonctiondu nombre n datomes de carbone de la molcule et ce pour les alcools et lesalcanes linaires :

179 2.000010

95,4

12,0

71,4

155

238t (C)

4.0000 6.0000 8.0000 10.0

n

Alcools

Alcanes

Activit 5

Activit 6



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24 Squence 4 SP12

Squence

4

Chimie Comment volue la temprature dbullition des alcools lorsque le nombre

datomes de carbone (donc la masse molaire) augmente ?

Montrer que la masse molaire dun alcane n +1 atomes de carbone et celle dunalcool n atomes de carbones sont proches

Comparer alors, partir du graphe prcdent, les tempratures dbullition dunalcane n atomes de carbone et dun alcool (n+1) atomes de carbone. Cettediffrence est-elle due la masse de la molcule?

Donnes : masses molaires atomiques de lhydrogne (1g.mol-1), du carbone (12g.mol-1) et de loxygne (16 g.mol-1).

Lorigine de cette diffrence est due au caractre polaire de la liaison O-H et laprsence de doublets non liants sur latome doxygne.

Il peut en effet stablir entre molcules dalcool des liaisons intermolculaires (voirsquence n3 partie chimie) appeles liaisons hydrogne qui augmentent la coh-sion des alcools liquides et rendent plus difficile leur vaporisation que celle des alcanes.

Remarque : Cest lexistence de ces liaisons hydrogne qui permet dexpliquerque leau, formes de molcule trs petites, soit liquide en dessous de 100Csous une pression de un bar. Si cela navait pas t le cas, la vie naurait pas puse dvelopper sur Terre.

2. Densit et miscibilit

La densit dun liquide est le rapport de sa masse volumique sur la masse volumiquede leau (mesures dans les mmes conditions de temprature et de pression).

A partir du tableau recensant ltat physique de quelques alcanes paragraphe C.1. :

Comment volue la densit dun alcane lorsque sa chane carbone augmente ?

Dautre part, on constate que la miscibilit des alcanes avec leau est trs faible(presque nulle) et, de plus, celle-ci diminue lorsque la longueur de la chane car-bone augmente.

En ce qui concerne les alcools :

Nom Miscibilit (ou solubilit) avec leau (g/L)Butan-1-ol 77

Pentan-1-ol 22

Hexan-1-ol 5,9

Heptan-1-ol 2,2

Les alcools sont-ils plus ou moins miscibles avec leau que les alcanes ?

Ceci est du aux liaisons hydrogne entre molcules deau et molcules dalcoolpuisque leau possde aussi des liaisons O-H.

Activit 7

Activit 8

Activit 9

Activit 10



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25Squence 4 SP12

Squence

4

ChimieComment volue la miscibilit dun alcool avec leau lorsque sa chane carbone

augmente ?

D Distillation fractionnedun mlange

Une distillation fractionne est une mthode de sparation des constituants dunmlange de liquides miscibles de tempratures dbullition diffrentes. Cest aussiune mthode de purification dun liquide (rectification).

On construit pour cela le montage ci-dessous :

5

4

3

2

1

6

Nommer chaque partie numrote.

Lorsquon chauffe le mlange distiller plac dans le ballon, le constituant le plusvolatil (de temprature dbullition la plus basse) entre en bullition le premier.

Par condensation des vapeurs, on obtient un liquide plus riche en constituant leplus volatil que le liquide de dpart. Si ce liquide est nouveau distill, on obtientun second liquide (condensat) encore plus riche en constituant le plus volatil.Si on rpte cette opration plusieurs fois, on obtiendra un condensat presque

uniquement form du constituant le plus volatil ; cest le principe de la distillationfractionne.

Activit 11

Activit 12



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26 Squence 4 SP12

Squence

4

Chimie La colonne distiller (Vigreux) permet, avec un seul montage, de raliser cette

suite de distillations (grce ses pointes de verre).

Ainsi, on recueille dabord la substance la plus volatile condense la sortie durfrigrant eau ; si lon chauffe plus fort, on pourra ensuite recueillir une autresubstance moins volatile que la premire et ainsi de suite en fonction du nombre

de constituants du mlange initial.Cette mthode est utilise par les industriels pour effectuer la distillation du ptrolebrut et sparer ses diffrents constituants : essence pour auto, gazole, fioul, mazout

Dans ce cas, la colonne distiller est une tour de distillation (plusieurs mtres dehaut) constitue de plateaux diffrents niveaux et qui vont recueillir chacun, undes constituants nomms prcdemment.

Utiliser les rsultats ou les documents du cours afin de prciser le liquide rcupr

la sortie du rfrigrant (distillat) lorsquon distille les mlanges suivants : heptane et hexane heptane et 2-mthylhexane hexane et hexanol mthanol et hexane

Activit 13



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27Squence 4 SP12

RsumUn alcane est un hydrocarbure (compos ne contenant que des atomes dhy-

drogne et de carbone) dans lequel les atomes de carbone ne sont lis que pardes liaisons simples. La formule gnrale dun alcane non cyclique est CnH2n+2.

Dans les alcanes linaires, chaque atome de carbone est reli deux atomes decarbone voisins et 2 atomes dhydrogne lexception des atomes de carbones enbout de chane qui sont relis un atome de carbone et 3 atomes dhydrogne.

Dans les alcanes ramifis, la chane carbone nest pas unique car au moins un des

atomes de carbone est reli 3 autres atomes de carbone pour former une ramification.Lorsquon enlve un atome dhydrogne un alcane (formule brute C nH2n+2) ,on obtient un groupement datomes de formule CnH2n+1 appel : groupementalkyle. Ce groupement est aussi appel : radical lorsquil est li un atomede carbone dune chane carbone (prsence dun tiret).

On appelle alcool un compos dans lequel un groupe caractristique hydroxyle OH est li un atome de carbone ttragonal, ne formant que des liaisons cova-lentes simples (cest--dire 4 liaisons avec 4 atomes).

Un alcool est donc caractris par la prsence de la structure :

Appele fonction ou groupe caractristique alcool.

Latome de carbone qui est li au groupe OH est appel :carbone fonctionnel.

Le carbone fonctionnel peut tre li des atomes dhydrogne ou des groupes alkyle.

La formule gnrale dun alcool chane carbone sature et non cyclique estdonc CnH2n+1OH.

Il existe trois classes dalcools (selon le nombre de groupes alkyles R fixs sur lecarbone fonctionnel) : primaire, secondaire et tertiaire.

Les tempratures de changement dtat et la densit dun alcane linaire aug-mentent lorsque le nombre datomes de carbone de la chane carbone aug-mente, cest--dire lorsque la masse molaire de la molcule augmente.

La temprature de changement dtat dalcanes isomres diminue lorsque lenombre de ramifications augmente.

La temprature dbullition des alcools augmente lorsque le nombre datomesde carbone (donc la masse molaire) augmente.

Pour des masses et des tailles molculaire voisines, la temprature dbullitiondun alcool est suprieure celle dun alcane du fait de la prsence de liaisons

hydrogne entre les molcules.

C O H



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28 Squence 4 SP12

Squence

4

Chimie Les alcools sont plus miscibles avec leau que les alcanes et ce, grce aux liaisons

hydrogne.

La miscibilit dun alcool avec leau diminue lorsque sa chane carbone augmente.

Une distillation fractionne est une mthode de sparation des constituants dun

mlange de liquides miscibles de tempratures dbullition diffrentes. Cest aussiune mthode de purification dun liquide (rectification).

La distillation du ptrole est la principale application de cette technique.



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29Squence 4 SP12

ExercicesQCM 1

La molcule de formule : CH3-CH2-CH2-CH2-CH3a) est un alcane

b) est un alcool primaire

c) est un alcool secondaire

d) sappelle le pentan-1-ol

e) sappelle le pentane

QCM 2

La molcule de modle :

a) est un alcane



d) sappelle le butane

e) sappelle le butan-1-ol

QCM 3

La molcule de formule : CH3-CH2-CH2-CH2-CH2OH

a) est un acide carboxylique



d) sappelle le pentan-1-ol

e) sappelle le pentan-5-ol

QCM 4

La molcule de modle :

a) est un acide carboxylique



d) sappelle le butan-1-ol

e) sappelle lhexan-3-ol

Exercice 1

Exercice 2

Exercice 3

Exercice 4



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30 Squence 4 SP12

Squence

4

Chimie Alcanes

Donner la formule brute et le nom correspondant aux formules structurales suivantes :

Alcools

Donner la formule semi-dveloppe et la classe des alcools suivants :

a) 2-mthylpropan-1-ol

b) 3-mthylbutan-2-ol

Alcools 2

Donner le nom et la classe des alcools de formule suivante :

CH3 OHCa)

CH3

CH3

CH3 CHCb)

C2H5

CH3

CH3

OH CH3OHc)

Tempratures dbullition

Classer les 3 alcools prcdents par ordre croissant de temprature dbullition.

Miscibilits

Classer les 3 alcools prcdents par ordre croissant de miscibilit avec leau.

Distillation

Identifier la ou les bonne(s) rponse(s) :

Une distillation permet de :

a) synthtiser une espce chimique.

b) sparer les constituants dun mlange de liquides miscibles de tempraturesdbullition diffrentes.

c) sparer les constituants dun mlange de liquides miscibles de tempraturesdbullition trs proches.

d) sparer les constituants dun mlange de liquides non miscibles de tempraturesdbullition diffrentes.

Exercice 5

Exercice 6

Exercice 7

Exercice 8

Exercice 9

Exercice 10



30/34

31Squence 4 SP12

Squence

4

ChimieMontage de distillation

1 Identifier le montage de distillation parmi les schmas suivants :

a)

b) c)

2Quel est le sens de circulation deau dans le rfrigrant ?

3Dans quel domaine industriel la distillation est-elle mise en pratique ?

Exercice 11



31/34

32 Devoir autocorrectif SP12

Devoir autocorrectif n2

Physique

Radioactivit de liode 131 (5 pts)

Liode 131 est radioactif

.1Ecrire lquation de sa dsintgration radioactive en vous aidant du tableau

ci-dessous : (1 point)

Numro atomique 51 52 53 54 55

Nom de llment chimique Antimoine Tellure Iode Xenon Csium

Symbole Sb Te I Xe Cs

2

La courbe ci-dessous reprsente, en fonction du temps exprim en jours, lac-tivit, exprime en millions de becquerel, dun chantillon diode contenantde liode 131.

t(en jours)

100

50

0 5 10 15 20

A (en 106Bq)

Dduire de cette courbe la valeur (en jours) de la demi-vie de liode 131. (1 point)

Exercice 1



32/34

Squence

4

Chimie

33Devoir autocorrectif SP12

3Dduire de la courbe la dure ncessaire pour que lactivit de lchantillonsoit divise par quatre. La valeur trouve est-elle en accord avec votre rponse la question prcdente ?(1 point)

4En ne considrant que des mois de trente jours, calculer, en mois, la durecorrespondant quinze demi-vies de liode 131. Quelle sera, au bout dunetelle dure, lactivit de notre chantillon ? (1 point)

5Lchantillon initial contenait N0 = 1,00.1014 noyaux diode 131.

En dduire, en s1, la constante radioactive de liode 131, dfinie comme lequotient de lactivit (exprime en Becquerel) sur le nombre de noyaux radioac-tifs. Sachant que, pour toute source ne contenant quun seul type de noyauxradioactifs, on obtient une valeur numrique gale 0,69 en multipliant laconstante radioactive (en s1) par la demi-vie (exprime en seconde), retrouverla priode de liode 131 dabord en secondes, puis en jours. (1 point)

Fusion de luranium (5 points).

1A partir des donnes numriques indiques ci-dessous, calculer lnergie de

liaison El

dun noyau de lanthane57

139La (en MeV) ainsi que son nergie de

liaison par nuclon (en MeV/nuclon). (1 point).

On notera lnergie de liaison par nuclon : =

E

A

l .

Donnes : masse du noyau de lanthane 139 : mLa = 2,30620.1025 kg.

Masse dun proton : mp = 1,6726. 1027 kg ; masse dun neutron :

mn= 1,6749.1027 kg.

Clrit de la lumire dans le vide : c = 3,00.108 m.s1 ; 1 MeV = 1,6.1013 J.

2La courbe dAston, dont lallure est indique sur la figure ci-dessous, reprsenteles variations de :y = < El > en fonction du nombre A de nuclons.Ainsi, y est loppos de lnergie de liaison par nuclon.

2

5056

4

6

8

8,8

100 150 200 250

A

y(en Mev/nuclon)

Exercice 2



33/34

Squence

4

Chimie

34 Devoir autocorrectif SP12

a) A partir de lobservation de cette courbe, indiquez parmi les quatre ractionsenvisages ci-dessous lesquelles sont susceptibles de fournir de lnergie :(1 point)

fusion de deux noyaux lgers.

fission dun noyau lger.

fusion de deux noyaux lourds.

fission dun noyau lourd.

b) On admet que la courbe dAston peut, lorsque le nombre de nuclonsA est suprieur 80, tre assimile une droite (D) dquationy = 7,226.103A9,281 si y est exprim en MeV .

Vrifier que la valeur de lnergie de liaison par nuclon calcule pour lelanthane 139 partir de lquation de la droite (D) est compatible avec lavaleur calcule la question 1 si lon se contente dune prcision de 0,1

MeV/nuclon.(1 point)3Lors dune raction de fission, un noyau duranium 235 heurt par un neutron

se scinde en deux noyaux fils comportant respectivement 95 et 139 nuclons.(il y a simultanment mission de deux neutrons, de sept lectrons, de neutrinoset de rayonnement ).

En admettant que lnergie libre est gale la diffrence entre la somme desnergies de liaison des deux noyaux obtenus (aprs fission) et lnergie de liaisondu noyau duranium 235 et en utilisant lquation de la droite (D), valuer, en MeV,lnergie libre par cette fission dun noyau duranium 235. (1 point)

4En fait, la fission dun noyau duranium (de massem= 3,9.1025 kg), libre, enmoyenne, une nergie de 200 MeV. Quelle nergie, exprime en joule, peut-onobtenir avec 1,0 kg duranium 235 ? (1 point)

Remarque: seulement une fraction (un peu suprieure au tiers) de cette nergieest convertie en nergie lectrique

Chimie

Texte complter (5 points)

Il sagit simplement de complter le texte ci-dessous en remplaant les espacesnumrots par lexpression ou par la valeur numrique qui convient. La notationconsiste compter 0,5 point par espace correctement complt.

Latome doxygne est plus [.(1) .] que latome dhydrogne, si bien que leslectrons de la liaison de covalence qui stablit entre ces deux atomes sont plusattirs par latome doxygne que par latome dhydrogne : la liaison de covalenceest [.(2).]. Latome doxygne porte ainsi une petite charge lectrique [.(3).], alors que les atomes dhydrogne portent une petite charge lectrique [.(4).]. Comme la molcule deau de formule [.(5) .] a une forme coude (lestrois atomes ne sont pas aligns), elle prsente un ct positif et un ct ngatif,

cest une molcule [.(6) .].

Exercice 1



34/34

Squence

4

ChimieSi lon met, dans de leau, un compos ionique comme le sulfate de sodium, il va se

dissoudre du fait des interactions [.(7) .] entre les ions et les molcules deau.

La solution obtenue contiendra des ions sodium Na+ et des ions sulfate

SO42 mais les concentrations de ces deux ions dans la solution ne seront pas

gales. En effet, supposons que la concentration en ions sodium ait pour valeur

Na+

= 0,20 mol.L1, alors la concentration en ions sulfate vaudra :

SO42

= [.(8) .] mol.L1.

Comme lquation de dissolution scrit : [.(9) .] + 2 Na+ SO4

2 et quela masse molaire du sulfate de sodium vaut : M = 142 g.mol1, il nous a falludissoudre dans un litre deau une masse m = [.(10) .] g de sulfate de sodiumsolide pour obtenir ces concentrations.

Remarque On nglige toute variation de volume de leau lorsquon ajoute lesulfate de sodium dans leau.

Alcanes et Alcools (5 points)

1Donner la formule semi-dveloppe et le nom de lamolcule (0,5 point)

2Associer chaque alcane, sa temprature dbulli-tion (justifier la rponse) : (1 point)

Alcanes : propane, 2,3-dimthylbutane, mthylbutane,

hexane.

Tempratures dbullition (C) : 42 ; +28 ; + 58 ; + 69.

3Classer les alcools suivants (primaire, secondaire ou tertiaire) : butan-1-ol ;2,3-dimthylbutan-2-ol ; 3-mthylpentan-2-ol. (1 point)

4Classer les alcools suivants : butan-1-ol , 2,3-dimthylbutan-2-ol et thanol partemprature dbullition croissante en justifiant la rponse. (1 point)

5Classer les 3 alcools prcdents par

ordre croissant de miscibilit avecleau. (1 point)

6Donner la formule semi-dveloppeet le nom de la molcule : (0,5 point)

n

Exercice 2

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Al7sp12tepa0111 Sequence 04