correction

DEVOIR
PREMIÈRE S
NOM : ..........................
THÈME MATIÈRE COLORÉES
LE PHOTONS – MATIÈRES ORGANIQUES COLORÉES
DS 04
Page 1 / 3 CORRIGÉ
PRÉNOM
: ...................
CLASSE
: .............
DATE
: .................................
DONNÉES
Constante de Wien : KW = 2, 898 .10-3 M.K
Constante de Planck : h = 6,63.10-34 J.S
I. SOURCES THERMIQUES
1eV = 1,6.10-19 J
a) Définir ce qu’est une source thermique de lumière :
Une source thermique de lumière est une source qui émet de la lumière du fait de sa température. ....
b) Quelle relation existe-t-il entre la température d’une source thermique et la couleur de la lumière
qu’elle émet ?
La couleur de la lumière émise par une source thermique change selon la température de la source,
lorsque celle ci croit la couleur de la lumière produite passe du rouge au rouge orangé , à l’orange , au
jaune orangé , au jaune , au blanc et enfin au blanc bleuté
Le timbre représenté ci contre commémore le 200ème
anniversaire de la naissance du physicien allemand
Joseph Von Fraunhofer (1787- 1826)
c) Que représente la courbe blanche située dans la
moitié supérieure du timbre ?
la courbe blanche représente le profil spectral d’une
source thermique qui fait apparaître l’émittance de la
source en fonction de la longueur d’onde de la
radiation émise
e) Que représente la bande colorée de la
moitié inférieure du timbre ?
La bande colorée représente un spectre constitué
de raies sombres sur un fond coloré. Il s’agit
d’un spectre d’absorption de la chromosphère du
soleil. L’identification des longueurs d’ondes des
radiations absorbées (raies sombres) permet de
caractériser les éléments chimiques présents dans
la chromosphère du soleil.
f) Que représentent les traits noirs qui apparaissent sur cette bande ?
Les traits noirs apparaissant sur cette bande correspondent aux radiations absorbées par la chromosphère
que traverse la lumière émise par le soleil, les radiations colorées constituant le fond coloré sont quand à
elles plus ou moins transmises par cette chromosphère.
d) Quelle information apporte cette courbe sur le
Soleil apporte-t-elle ?
Cette courbe nous rappelle que le spectre de la lumière
émise par le soleil est continu et notamment qu’une
radiation est émise avec un maximum d’intensité. La
connaissance de la longueur d’onde de cette de
radiation permet de déterminer la température de la
photosphère du soleil.
II. LOI DE WIEN
1. Énoncer la loi de Wien en précisant le nom et l’unité des grandeurs physiques qui interviennent
dans cette loi.
La loi de Wien se rapporte à l’émission d’une source thermique, elle stipule que la longueur d’onde λmax
de la radiation émise avec le maximum d’intensité est inversement proportionnelle à la température T
absolue de la source thermique.
KW
λmax =
T
Kw = 2,898 .10-3 m.K
λmax m T K La température de surface de l'étoile Spica, dans la constellation de la Vierge, est d'environ 20000°C.
2. Calculer la longueur d'onde dans le vide de la radiation émise avec le maximum d'intensité par
l'étoile Spica.
KW
T
2,898 .10-­‐3
λmax = (20000+273,15)
2,898 .10-­‐3
λmax = = 1,429.10-­‐7 m
20273,15
λmax = 142,9 nm
λmax =
3. Dans quelle domaine du spectre cette radiation appartient elle ?
Comme λmax < 400nm cette radiation appartient au domaines des radiations ultraviolettes
λmax ∈ [100 nm ; 280 nm ] qui constitue la gamme des UV-­‐C Les UV-­‐C, de courtes longueurs d’onde, sont les UV les plus nocifs, mais fort heureusement ils sont complètement filtrés par la couche d'ozone de l’atmosphère et n’atteignent donc pas théoriquement la surface de la Terre. A savoir que des lampes UV-­‐C sont utilisées en laboratoire de biologie pour les effets germicides, afin de stériliser des pièces ou des appareils 4. De quelle couleur apparaît alors la lumière émise par spica (justifier la réponse en s’aidant
éventuellement du cercle chromatique ci dessous)
La radiation émise avec un maximum d’intensité étant située dans le domaine des UV les radiations
visibles les plus intenses sont celles qui sont proches des bleus la lumière émise sera donc bleue ou blanc
bleuté
III. MATIÈRES COLORÉES- LE PHOTON
Étude d’une étoile filante
dans la nuit du 12 au 13 mai 2002, alors qu’ils
observaient une supernova dans une galaxie éloignée à
l’aide duV.L.T. (Very Large Telescope au Chili), des
astronomes ont eu la chance d’observer une étoile
filante traverser le champ du télescope. Ils ont pu alors
observer le spectre de la lumière visible, dont voici une
partie
On donne le diagramme des niveaux d’énergie d’un des
éléments mis en évidence par le spectre obtenu donné ci contre 1. Indiquer les limites des domaines visibles, des rayonnements infrarouge et ultraviolet sur le diagramme ci contre -­‐ les radiations visibles ont une longueur d’onde λ ∈ [400 nm ; 800 nm ] (voir figure) -­‐ le domaine des UV correspond aux radiations λ ∈ [100 nm ; 400 nm ] -­‐ le domaine des infrarouges correspond aux radiations λ ∈ [780 nm; 1 000 000 nm ] 2. Que représente la flèche qui apparaît sur ce diagramme ? La flèche représente une transition d’énergie d’un élément mis en évidence par le spectre d’absorption L’élément passe de l’état d’énergie initial Ei =-­‐0,54 eV à un état d’énergie final Ef = -­‐ 3,39 eV 1. La raie correspondante est elle une raie d’émission ou une raie d’absorption ? Comme Ef < Ef l’élément perd de l’énergie qu’il libère sous forme de rayonnement L’élément émet donc une U.V I.R radiation. La raie correspondante est donc une raie d’émission 2. Déterminer l’énergie ΔE d’un photon de cette raie ΔE = | Ef – Ei | ΔE = |-­‐3,39 – (-­‐ 0,54) | = 2,85 eV ΔE =2,85×1,6.10-­‐19= 4,56. 10-­‐19 J 3. En déduire la longueur d’onde dans le vide de cette raie h.c
On sait que l’énergie d’un photon est donnée par la relation ΔE = λ
-­‐34
8
h.c
6,63.10 × 3,00.10
D’où λ = Soit : λ = 4,56. 10-­‐19
ΔE
λ = 4,36.10-­‐7 m ou λ = 436 nm
4. Donner sa fréquence ν c 3,00.108
ν = = -­‐7 λ 4,36.10
ν = = 6,88.1014 Hz ν =688 THz (térahertz) ............................................................................................................................................................................................................. 5. Identifier à l’aide du tableau ci dessous l’élément chimique mis en évidence par cette raie Cette radiation de 436 nm met en évidence la présence de l’élément hydrogène dans la chromosphère de cette étoile car elle fait partie d’une des radiations caractéristique de cet élément (voir le tableau ci dessous) Donnée : longueurs d’ondes de raies caractéristiques de quelques éléments chimique en nm
N
396
404
424
445
463
480
505
O
301
397
420
442
465
616
700
397
412
436
486
656
H
III. MOLÉCULES DES MATIÈRES COLORÉES ORGANIQUES
1. Écrire la formule brute de chacune des
molécules ci contre
a) C2H6O2
b) C10H6O3
c) C5H11O2 N
2. Donner dans le cadre ci contre
leurs formules semidéveloppées :
550
575
595
648
661
3. Parmi ces trois molécules
laquelle présente des doubles
liaisons conjuguées ? (les
surligner sur la figure
correspondante
4. En déduire celle qui pourraient être à l’origine de la couleur de la solution du jus de tomate
La couleur rouge de la tomate est due au faite que ses pigments absorbent la couleur
complémentaire des radiations rouge qu’elle diffuse
Pour être colorée l’espèce chimique doit posséder un nombre suffisant (environ 7 au
minimum) de liaisons conjuguées consécutives
Des molécules proposées seule les molécules b et c sont succeptible d’absorber dans le
visible
On a omis de préciser que l’espèce responsable de la couleur rouge de la tomate est
insensible au pH des solutions aqueuses qui en contienne ( comme le pigment du choux
rouge) ce qui signifie que cette molécule ne possède pas de groupe hydroxyle –OH (voir les
pigments du choux rouge)
Par conséquent seule la molécule c pourrait être la molécule recherchée
Il s’agit de la molécule de lycopène le lycopène contenu dans le pamplemousse (mais aussi
dans d'autres fruits, dont la tomate) aurait un effet protecteur contre le cancer de la
prostate.
IV. BONUS IN ENGLISH – ALIZARINE A NATURAL DYE
Alizarine is a plant- based dye. Its formula is given beside
1. Why is Alizarine an organic molecule ?
L’Alizarine est une molécule organique car elle renferme
principalement des atomes de carbone et d’hydrogène
2. Why is it a colored molecule ?
La molécule est colorée car elle absorbe des radiations
dans le domaine visible , ce qui est du à la présence d’un
grand nombre de liaisons conjugées consécutives
3. Is a pH= 10 aqueous solution acidic ?
Une solution dont le pH = 10 est une solution basique
4. The colour of alizarin in solution is red when the pH is
lower than 11.0 and purple when the pH is higher than
12.4
Is the form of alizarin acidic or basic at pH 10 ? À ce pH c’est la forme acide de l’alizarine qui domine ( bien que le pH de la solution soit
acide)
5. What is the colour of an alizarin solution at this pH ?
À pH =10 la solution est rouge car ce pH est inférieur à 11,0
6. Give the name of substance that, when added to a purple solution of alizarin, would turn it
red ?
La solution initiale est violette ce qui signifie que son pH est supérieur à 12,4 elle est donc
fortement basique. Pour obtenir une solution rouge il faut donc ramener le pH de la solution
à une valeur inférieure à 11,0 ce qui peut être fait par ajout d’un acide dans la solution
(comme l’acide chlorhydrique par exemple)