DS 5 - Free

DS5 : Ghost protocol – Mission impossible 4.
En mission en Russie après le meurtre à Budapest d'un espion, les agents de Mission impossible se retrouvent sur le lieu d'un
attentat à la bombe qui touche le Kremlin. Pour les Etats-Unis, il est hors de question de reconnaître que des espions
opéraient en terre étrangère. Le Président décide donc de mettre en place le Protocole fantôme. Tous les membres de
Mission impossible se retrouvent livrés à eux-mêmes, sans soutien logistique, sans cache, sans possibilité d'exfiltration. ..
Exercice 1 : les semi-conducteurs
/ 4 pts.
Le monofluorométhane est utilisé dans la fabrication de semiconducteurs et de composés électroniques. Il est notamment
utilisé comme source d'ions fluor dans la gravure ionique réactive (RIE) du silicium permettant la miniaturisation.
Le monofluorométhane est un composé organique de formule chimique CH 3F.
a/ Donnez les structures électroniques des atomes de carbone 6C, d’hydrogène 1H et de fluor 9F.
b/ Déduire, pour chaque atome, le nombre de liaisons covalentes qu’il va engendrer et le nombre
de doublets non liants (paire libre) qu’il va porter.
c/ Donnez la représentation de Lewis de la molécule de monofluorométhane.
Exercice 2 : L’expérience de Milikan.
/ 11 pts
La charge élémentaire notée « e » a été mesurée pour la première fois en 1909 par Robert Millikan, physicien américain, en
observant le comportement de gouttes d’huile différemment chargées entre deux plaques électriques chargées.
Les agents de Mission impossible doivent fabriquer des gouttes d’huiles chargés qui restent en suspensions.
Les deux gouttes d’huile sphériques auront une même masse, m, et portent chacune une charge électrique, Q,
correspondant à un excès de 4 électrons.
Les deux centres des gouttelettes d’huile sont distants par ailleurs d’une distance d = 1,0 mm.
1) On considère l’interaction électrique entre les deux gouttelettes.
a) L’interaction est-elle attractive au répulsive ? Justifier.
b) Calculer la valeur de la charge électrique Q (en coulomb), portée par chaque gouttelette.
c) Calculer la valeur de la force d’interaction électrique, Fe, qui s’exercent entre ces deux gouttelettes.
d) Représenter sur le schéma, la force d’interaction électrique s’exerçant sur la gouttelette 1.
1
2
2) On considère maintenant l’interaction gravitationnelle entre les deux gouttelettes :
a) Exprimer littéralement la valeur de la force d’interaction gravitationnelle, Fg, qui s’exercent entre les deux
gouttelettes.
b) Quelle devrait être l’ordre de grandeur de la masse, m, des gouttelettes pour que l’interaction gravitationnelle, Fg,
soit du même ordre de grandeur que l’interaction électrique, Fe ?
Exercice 3 : synthèse de polymère
/ 8 pts.
L’hexa-2,4-diène est une molécule utilisée pour la synthèse des polymères (fabrication de masques).
Voici la représentation topologique de la molécule :
1)
2)
3)
4)
Donner la formule développée de la molécule.
Indiquer pour chaque double liaison le type d’isomérie ( Z ou E).
Entourer les doubles liaisons conjuguées.
La molécule est-elle colorée ?
L’hexa-2,4-diène peut réagir avec le Z-hex-3-en-1-ol dont la formule développée est :
5) Donner la formule topologique de cette molécule.
DS5 : Ghost protocol – Mission impossible 4.
Exercice 4 : la montée est-elle possible ?
/ 8 pts.
La scène la plus impressionnante est sans conteste celle où l'on voit, Tom Cruise
dans la peau d'Ethan Hunt, escalader la tour Burj Khalifa (gratte-ciel, situé à Dubaï,
culminant à 828 mètres de hauteur) en utilisant des gants en geckskin (ou peau de
gecko).
VOUS DEVEZ RÉPONDRE À LA QUESTION SUIVANTE :
Tom Cruise peut-il réellement adhérer à la paroi du gratte-ciel si ses
gants sont en peau de gecko ?
Document 1 : le gecko
Le gecko est un petit lézard qui fascine depuis très
longtemps la communauté scientifique. En effet, le gecko
est capable de grimper sur des murs et des plafonds de
natures très différents tout en se déplaçant. Ce défi du
gecko aux lois de la pesanteur est une question dont la
réponse n’a été trouvée qu’il y a quelques années par les
scientifiques.
Ce sont les pattes et plus particulièrement les orteils qui
permettent au gecko de se déplacer sur des surfaces
verticales. Capable de coller et décoller ses pattes en
quelques millisecondes, le gecko parcourt des distances
sur des surfaces verticales en des temps record !
Nom de naissance
Naissance
Nationalité
Taille
Poids
Profession
Films notables
Thomas Cruise Mapother IV
3 juillet 1962 Syracuse, EU
Américain
1,70 m
65 kg
ActeurProducteur
Top gun, Rain Man, Mission
impossible …
Document 2 : Tom Cruise
Source : Wikipédia
Comme on peut le voir sur les images micrométrique et
nanométrique ci-dessous, les orteils "fractals" du gecko
sont recouverts de sétules ou setae (forme de cheveux)
qui se ramifient elles-mêmes en spatules ou spatulae. Les
tailles des sétules et des spatules sont minuscules. Une
sétule mesure 110 micromètres de long pour 4,2
micromètres de large. Chaque sétule est constituée de
quelques centaines voire plusieurs milliers de spatules
mesurant 200 nanomètres de long et de large. On
2
dénombre 14 400 sétules par mm .
Document 4 : mécanisme d’adhésion
Les spatules permettent aux pattes du gecko d’aller «
coller » à une surface. On suppose, conformément aux
estimations récentes, que chaque spatule crée une force
d'attraction de l'ordre de 20 nanonewtons.
Un gecko de 50 grammes peut supporter 20 N (soit une
masse de plus de 2 kg), c'est à dire plus de 40 fois son
poids ! À titre de comparaison, c’est comme si un homme
de 80 kg supportait une masse de 3,2 tonnes.
Document 3 : structure des pattes du Gecko
B
A
A : patte de gecko
B : sétules
C : une sétule
D : spatules
D
C
Aide à la résolution :
 Surligner dans les documents les informations utiles à la résolution du problème
 Identifier l’erreur scientifique du document 2 et rectifier.
 En supposant que la dimension d’une main d’homme adulte est de 150 cm2 et qu’il y a 1000 spatules
dans une sétule, répondre à la question.
DS5 : Ghost protocol – Mission impossible 4.
Correction de l’exercice 1 : les semi-conducteurs
/ 8 pts.
Le monofluorométhane est un composé organique de formule chimique CH 3F.
a/ Structures électroniques
6C : (K)2 (L)4
1H : (K)1
b/
atome
Carbone
Hydrogène
fluor
Electrons valence
4
1
7
9F
liaisons
8-4 = 4
2-1 = 1
8-7 = 1
: (K)2 (L)7
Paire libres
(4-4)/2 = 0
(1-1)/2=0
(7-1)/2 = 3
c/ Donnez la représentation de Lewis de la molécule de monofluorométhane.
Exercice 2 : L’expérience de Milikan.
/ 11 pts
1) On considère l’interaction électrique entre les deux gouttelettes.
a) Les 2 gouttes ont des charges identiques. La force est donc répulsive.
-19
-19
b) La charge électrique est de 4 électrons donc Q = 4. e = 4 ×-1,6.10 =-6,4.10 C
c) La force d’interaction électrique, Fe :
d)
-21
Force d’interaction électrique s’exerçant sur la gouttelette 1 (échelle : 1cm pour 1,0.10 N).
1
2
2) On considère maintenant l’interaction gravitationnelle entre les deux gouttelettes :
a) Expression littérale de la force d’interaction gravitationnelle :
b) Pour que l’interaction gravitationnelle, Fg, soit du même ordre de grandeur que l’interaction électrique, Fe :
Exercice 3 : synthèse de polymère
/ 8 pts.
Voici la représentation topologique de la molécule :
1. Donner la formule
2. Les 2 doubles liaisons sont
développée de la molécule.
E.
3. Entourer les doubles
liaisons conjuguées.
DS5 : Ghost protocol – Mission impossible 4.
4. La molécule ne comporte que deux liaisons conjugués, ce qui est insuffisant, il faut au moins 7 liaisons
conjugués.
5. Donner la formule topologique de cette molécule : Z-hex-3-en-1-ol
Exercice 4 : la montée est-elle possible ?
Compétences
S’approprier
Coef 1
Analyser
Coef 1
Réaliser
Coef 2
Analyser
Indicateurs de réussite
Capacités
- Chaque sétule est constituée de 1000 spatules
- On dénombre 14 400 sétules par mm2.
- Rechercher,
extraire
et
- Chaque spatule crée une force d'attraction de l'ordre de 20
organiser l’information utile
nanonewtons.
- Mobiliser ses connaissances
- La force d’adhésion doit compenser le poids de Tom Cruise
- Dimension d’une main d’homme adulte : 150 cm2
- Poids de Tom Cruise= 65 x 10 = 650 N
- Évaluer un ordre de grandeur
- Effectuer un calcul
-
-
Nombre de sétules sur gant = 15000 x 14400 = 2.16.108
Nbre de spatules = 1000 x 2.16.108 = 2.16.1011
Donc force totale pour un gant=20.10-9 x2.16.1011= 4320 N
-
F doit être plus grand que P : 4320≥ 650 donc ça marche !
Communiquer - Rédiger, justifier
- Utiliser les notions et le Coef1
vocabulaire scientifique adaptés
Valider
/ 8 pts.
-
Avoir l’esprit critique sur un
résultat
Utiliser les symboles et unités
adéquats
-
Pas de confusion entre masse et poids
On ne tient pas compte de l’équipement, ce qui fait un
poids plus grand pour Tom Cruise
D’après le doc 3, on doit trouver un rapport de 40 pour le
gecko mais dans ce cas, le rapport surface de contact/
masse est plus petit
Il y a aussi la réaction des pieds