2He 3Li 4Be 5B 6C 7N 8O 9F 10Ne 11Na 12Mg 13Al 14Si 15P 16S

SCIENCES
PHYSIQUES
SECONDE
ATOME – ÉLÉMENT CHIMIQUE – CORTÈGE ÉLECTRONIQUE
REFRACTION DE LA LUMIERE – SPECTRES LUMINEUX
NOM : ····························
PRÉNOM : ................. ..... CLASSE : ......
CHIMIE
DS 03
2008
DONNÉES :
e= 1,6.10–19C
masse d’un nucléon : mn =1,67.10–27kg
masse d’un électron : me– = 9,110–31 kg
Tableau périodique réduit des éléments
chimiques
1H
2He
3Li
4Be
5B
6C
7N
8O
9F
10Ne
11Na
12Mg
13Al
14Si
15P
16S
17Cl
18Ar
I. ISOTOPES
Les deux figures ci-dessous représentent de façon simplifiée deux atomes (ou ions) isotopes le
6,5
dénombrement des particules est donné en légende
nombre
nombre
6
neutron
7
neutron
6
électron
10
électron
6
proton
6
proton
fig 1
fig 2
a) Pour chacune des figures indiquer en justifiant le nombre de :protons ; de neutrons et
d’électrons présents.
Ces deux atomes sont isotopes ils possèdent dans leur noyau le même nombre de protons
mais diffèrent par leur nombre de neutrons.
On observe dans les deux figures parmi les nucléons représentés que « les boules » noires
sont en même nombre alors que les nombres de boules grises diffèrent.
Les 6 boules noires représentent donc 6 protons, les boules grises les neutrons et enfin les
points noirs représentent les électrons
/1,5
b) Laquelle de ces deux figures représente un ion ? Justifier ?
un ion n’est pas électriquement neutre, car il ne possède pas les mêmes nombres de protons et
d’électrons
des deux figures la seconde présente un excès d’électrons (10 électrons contre 6 protons).Il
/1
s’agit donc d’un ion. Comme il y a 4 électrons de plus que de protons il s’agit d’un ion négatif
(anion) porteur de 4 chargés électriques élémentaires q2 = –4e
/2
la figure 1 représente un atome (électriquement neutre) et la figure 2 représente anion.
A
c) En vous servant du tableau périodique réduit donner la notation complète X de chacun
/1
Z
d’eux
/1
pour la figure 1 :
- Le nombre de nucléons (protons et neutrons) A = 12
- Le numéro atomique (ou nombre de charges ou nombre de protons) Z = 6
- le tableau périodique indique que l’élément chimique correspondant est l’élément carbone.
12
- la notation de cet atome est
C
6
pour la figure 2
- Le nombre de nucléons (protons et neutrons) A = 6+7 =13
- Le numéro atomique (ou nombre de charges ou nombre de protons) Z = 6
- le tableau périodique indique que l’élément chimique correspondant est l’élément carbone.
- Cet ion possède une charge de q2 = –4e
13 4 –
- la notation de cet atome est
C
6
d) Donner leurs structures électroniques (répartition des électrons dans les couches
électroniques)
12
- pour l’atome C il faut répartir 6 e– sur les couches électroniques, sa structure électronique
6
12
est : C : (K)2(L)4
6
13
- pour l’anion C 4 – il faut répartir 10 e– sur les couches électroniques, sa structure
6
13
électronique est : C 4 –: (K)2(L)8
6
e) Dans chaque cas nommer leur couche électronique externe ainsi que leur nombre
d’électrons périphériques qu’elles contiennent
12
- l’atome C : la couche électronique externe L contient 4 électrons périphériques
6
13
-l’anion C 4 –: la couche électronique externe L contient 8 électrons périphériques
6
II L’ATOME D’ARGENT
Un atome d’argent, de symbole
4.5
108
Ag.
47
1) Quel est son nombre de protons
108
Ag a pour numéro atomique Z=47 il possède donc 47 protons
47
2) Déterminer la valeur de la charge électrique que porte le noyau de cet atome
La charge électrique Q du noyau d’un atome est due aux Z protons, porteurs chacun d’une
charge électrique élémentaire positive (+e)
Q = Z× (+e)
Q = 47 × (+ 1,6.10–19 C) (pour le résultat du calcul ne garder que deux chiffres significatifs, ne
pas tenir compte du nombre de chiffres significatifs de 47 qui est un nombre exact)
Q = + 75.10–19 C
(e est donné avec seulement deux chiffres significatifs)
(On ne tient pas compte du nombre de chiffres significatifs de 47 car c’est un nombre exact)
Q = + 7,5.10–18 C
3) Quel est son nombre de neutrons ?
A = 108 , il possède donc 108 nucléons, dont 47 protons
Le nombre de neutrons N = A–Z
N = 108 – 47= 61 neutrons
Le noyau de cet atome renferme donc 61 neutrons
/0,5
/1
/0,5
/1
/1
/0,5
4) Combien d’électrons possèdent cet atome ? Justifier par une phrase.
Cet atome et neutre électriquement il possède donc autant de charges positives dues aux
protons du noyau que de charges négatives dues aux électrons qui gravitent autour
Cet atome d’argent possède donc Z = 47 électrons
5) Calculer la masse approchée mAg de l’atome d’argent. Rappeler les simplifications faites pour
ce calcul
La masse d’un atome est due essentiellement aux nucléons, car on néglige donc la masse de
tous les électrons devant la masse des nucléons
Les masses d’un proton et d’un neutron étant peu différentes on les considère comme égales à
mn (masse d’un nucléon, indifféremment proton ou neutron)
mAg = A× mn
mAg = 108 × 1,67.10–27 =180,36.10–27 kg
(garder 3 chiffres significatifs)
(ne pas prendre en compte le nombre de chiffres significatifs de 108 qui est un nombre exact)
mAg = 180. 10–27 kg soit
mAg = 1,80.10 –25 kg
6) Calculer le nombre d’atomes présents dans un échantillon de m=20g d’argent
Si n désigne le nombre d’atomes recherchés, dans m = 20 g d’argent chacun possédant une
masse mAg = 1,80.10 –25 kg
m
(formule littérale)
mAg
pour l’application numérique il est nécessaire de convertir
m= 20g = 20.10–3 kg
20
n=
=11,11111111.1025 atomes le résultat doit être exprimé avec seulement deux
1,80.10 –25
chiffres significatifs)
n = 11. 1025 atomes
n = 1,1.1026 atomes
(remarque : ce nombre d’atomes doit nécessairement être un entier car il n’y a pas de fraction
d’atome !!)
108
(remarque : On suppose que cet échantillon est constitués d’atomes tous identiques,
Ag
47
ce qui n’est pas le cas dans la réalité l’argent naturel est en fait constitué d’un mélange de
107
109
51,8% de
Ag et de 48 ,2% de
Ag)
47
47
n=
Données
m(PROTON) = m(NEUTRON) = mn.= 1,67.10 –27 kg
m(ELECTRON) = 9,1.10 –31 kg
e = 1,6.10 –19C
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ATOME – ÉLÉMENT CHIMIQUE – CORTÈGE ÉLECTRONIQUE
REFRACTION DE LA LUMIERE – SPECTRES LUMINEUX
NOM : ····························
PRÉNOM : ................. ..... CLASSE : ......
PHYSIQUE
DS 03
2008
I SPECTRES DE LA LUMIÈRE (QUESTIONS DE COURS)
1) Quels dispositifs peut-on utiliser pour décomposer une lumière (donner 2 dispositifs) ?
Pour dé composer la lumière il suffit de placer un prisme ou un réseau de diffraction devant un
faisceau lumineux rendu étroit par une fente. On peut observer le spectre sur un écran ou à
l’aide d’un oculaire (voir le spectroscope utilisé en classe)
2) Quelle est la grandeur physique qui caractérise une radiation lumineuse ? Indiquer son
symbole et l’unité avec laquelle on l’exprime généralement.
Une radiation lumineuse est caractérisée par sa longueur d’onde notée λ que l’on exprime la
plupart du temps en nm
3) Indiquer le domaine des longueurs d’onde des lumières visibles par l’oeil humain
L’œil humain est sensible aux radiations lumineuses dont les longueurs d’onde sont comprises
entre 400 nm (violet) et 800 nm (rouge)
400nm<λ<800nm
4) Indiquer le domaine de radiations correspondant aux ultraviolets.
Les ultraviolets(U.V) ont des longueurs d’onde inférieures à 400nm( en savoir plus)
II LOI DE DESCARTES ET RÉFRACTION DE LA LUMIÈRE
On réalise la réfraction de la lumière avec un demidisque en plexiglas. La lumière incidente est dans
Rayon
i
incident
l’air. Puis elle entre par la face plane dans le
plexiglas, d’indice nP. On mesure l’angle de
Milieu 2 :
réfraction r pour un angle d’incidence i.
plexiglas
1) Faire le schéma de l’expérience.
Indice nP
- Placer et légender les rayons incident et réfracté,
r
les angles incident et réfracté, l’air, le plexiglas, la
normale et la surface de séparation entre les deux
normale
milieux.
/3
/0,5
/1,5
/0,5
/0,5
/3
Milieu 1 :
air
indice nair
Rayon
réfracté
/1.5
2) Quel est l’indice de l’air ?
La lumière se propage pratiquement aussi vite dans l’air que dans le vide l’indice de réfraction
de l’air nair ≈ 1,0
3) Écrire la 2ème loi de Descartes pour cette réfraction.
La loi générale établie en cours est : n1× sin i1 = n2× sin i2
Dans le cas étudié devient
nair× sin i = nP× sin r
4) On mesure pour un angle i = 20,0°, un angle r = 13,5°. Calculer la valeur de l’indice nP
n × sin i
De la relation précédente on tire : nP = air
sin r
Soit :
1,0 × sin 20,0°
nP =
sin 13,5°
nP = 1,465097 l’indice de l’air étant donné avec deux chiffres significatifs il ne faudra retenir
0,5
0,5
0,5
que deux chiffres significatifs au résultat
np= 1,5
III SPECTRE D'UNE ÉTOILE
Les figures 1 et 2 représentent, à la même
échelle, les raies d ‘émission de deux
éléments chimiques différents notés par la
suite (1) et (2).
La figure 3 représente le spectre de la lumière
d’une étoile.
1) Si la photo était en couleur, qu’est-ce que
l’on observerait à la place du fond blanc dans
le troisième spectre ?
Le fond du spectre 3 n’est pa s blanc, c’est un
fond continu coloré allant du rouge au violet
2) Comment peut on expliquer la présence de ce fond ?
Le fond continu est du à la façon dont est produite la lumière à la surface de l’étoile
(photosphère) et à sa nature thermique. Dans l’étoile des réactions nucléaires avaient lieu
celles-ci produisent une énergie considérable élevant la température de l’étoile ce qui amène
l’étoile à émettre de la lumière Une étoile est une source thermique et on a observé que les
sources thermiques produisaient un spectre continu
3) Que représentent les traits verticaux noirs dans le spectre de l’étoile ?
Les raies noires correspondent à des radiations lumineuses absentes du spectre continu de la
lumière émise par la photosphère de l’étoile
3
0,5
0,5
0,5
0,5
1
4) Quel est le nom de la partie de l’étoile qui provoque ces raies ?
L’apparition de ces raies noires est du à la couche gazeuse qui enveloppe l’étoile et qu’on
appelle chromosphère
Cette chromosphère est traversée par la lumière produite par l’étoile et absorbe certaines
radiations lumineuses selon la nature des éléments chimiques présents dans la chromosphère
de l’étoile
5) Le spectre de l’étoile permet-il de déceler la présence de l’élément (1) et/ou de l’élément (2)
dans l’atmosphère de celle-ci ? Justifier.
Le spectre d’absorption 3 présente des raies d’absorption situées aux mêmes positions que les
raies d’émission du spectre d’émission de l’élément 2.
Comme un élément chimique absorbe les radiations lumineuses qu’il peut émettre, on peut
affirmer que le spectre d’absorption 3 révèle la présence de l’élément chimique 2 dans la
chromosphère de l’étoile (à condition que ces spectres soient obtenus avec le même dispositif
de décomposition de la lumière)