Chap. N° 08 |
Transformation nucléaire Exercices. |
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1)- Exercice 5 page 138 : Reconnaitre des isotopes
Énoncé Reconnaitre des isotopes. On donne la composition de différents atomes ou ions.
1.
Déterminer le
nombre d’éléments chimiques différents. 2.
À l’aide du tableau périodique, identifier
les éléments présents. 3.
Identifier les isotopes. 4.
Écrire l’écriture conventionnelle des noyaux
des atomes ou ions isotopes. |
Correction : Reconnaitre des isotopes. Tableau :
1.
Nombre
d’éléments chimiques différents. - Un élément chimique est caractérisé par son nombre de charge Z, - c’est-à-dire son nombre de
protons.
-
Il faut étudier la colonne nombre de
protons :
-
Il y a 3 éléments chimiques
différents :
-
Les éléments qui possèdent 3
protons : A et
D.
-
L’éléments qui possède 4 protons :
B.
-
L’élément qui possède 1 proton :
C. 2.
Identification les éléments présents.
-
Z = 3, élément lithium
Li,
-
Z = 4 , élément béryllium
Be.
-
Z = 1, élément hydrogène
H. 3.
Les isotopes :
-
A et
D appartiennent au même
élément chimique.
-
Ils ont un même nombre de protons,
Z =3, mais un nombre
différents de neutrons
-
( A a 4 neutrons et
D, 3 neutrons) 4.
Écriture conventionnelle des noyaux des
atomes ou ions isotopes :
-
Les isotopes :
-
Écriture conventionnelle
du noyau A :
-
Nombre de masse
A = 7 et nombre de charge Z
= 3.
-
Comme le nombre de protons est égal
au nombre d’électrons, on est en présence d’un atome.
-
-
Écriture conventionnelle
du noyau D :
-
Nombre de masse
A = 6 et nombre de charge Z
= 3.
-
Comme le nombre de protons est égal
au nombre d’électrons, on est en présence d’un atome.
-
-
Écriture conventionnelle
du noyau B :
-
Nombre de masse
A = 9 et nombre de charge Z
= 4.
-
Comme le nombre de protons
Z
= 4 et le nombre d’électrons est égal à 2.
-
On est en présence d’un ion qui porte
la charge électrique 2+.
-
-
Écriture conventionnelle
du noyau C :
-
Nombre de masse
A = 3 et nombre de charge Z
= 1.
-
Comme le nombre de protons
Z
= 1 et le nombre d’électrons est égal à 0.
-
On est en présence d’un ion qui porte
la charge électrique +.
-
-
C’est le quadrium ou quaternium a, il
possède un proton et trois neutrons.
-
Il a été synthétisé en laboratoire et
il est hautement instable.
-
C’est un isotope de l’hydrogène comme
le deutérium
-
Et le tritium
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2)- Exercice 9 page 138 : Identifier une particule.
Énoncé Identifier une particule : Le noyau d’un atome de palladium 107 se désintègre en un noyau d’argent 107, avec émission d’une
particule de charge –e.
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Correction : Identifier une particule : Le noyau d’un atome de palladium 107 se désintègre en un noyau d’argent 107, avec émission d’une particule de charge –e.
-
Identification la particule : - Le palladium 107 :
-
Le nombre 107, représente de nombre
de masse du palladium
-
La représentation symbolique du
palladium :
-
L‘argent 107 :
-
On note la particule émise comme
suit :
-
Équation de désintégration du noyau
de palladium :
-
Les lois de conservation de Soddy
permettent d’écrire :
-
107 = 107 +
a et 46 = 47 +z
-
a = 0 et
z = –1
-
Symbole de la particule :
- C’est un électron : - Type de désintégration : β–. - Cette radioactivité se manifeste lorsque le
noyau présente un excès de neutrons. ![]() |
3)- Exercice 11 page 139 : Utiliser les lois de conservation.
Énoncé Utiliser les lois de conservation Recopier et compléter les équations des réactions nucléaires en
déterminant les valeurs de A et de Z : a.
b.
c.
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Correction : Utiliser les lois de conservation Les lois de conservation : Lois de SODDY : -
Équation d’une réaction nucléaire : -
-
Au cours de cette réaction nucléaire, il y a
conservation : -
Du nombre de masse : A = A’ + a -
Du nombre de charge : Z = Z’ + z b.
c.
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4)- Exercice 12 page 139 : Écrire une équation de réaction nucléaire :
Énoncé Écrire une équation de réaction nucléaire Le plomb 185 est instable. Il se désintègre en formant du mercure 181 et de l’hélium 4. 1.
Donner les écritures conventionnelles des
noyaux des
atomes de plomb 185, du mercure 181 et de l’hélium 4. 2.
Écrire l’équation de la réaction nucléaire.
-
Données : - Z (Pb) = 82 ; Z (Hg) = 80 ; Z (He) = 2 |
Correction : Écrire une équation de réaction nucléaire Le plomb 185 se désintègre en formant du mercure 181 et de
l’hélium 4. C’est une radioactivité α. 1.
Écritures conventionnelles des différents
noyaux des atomes :
-
Plomb 185 :
-
Mercure
181 :
-
Hélium 4 : 2.
Équation de la réaction nucléaire :
-
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5)- Exercice 13 page 139 : Écrire une équation de réaction nucléaire :
Énoncé Écrire une équation de réaction nucléaire Le noyau d’uranium 235 est fissile, car il peut être scindé en
deux noyaux plus petits. Une des transformation est décrite ci-dessous :
-
Écrire l’équation de la réaction
modélisant la fission de l’uranium 235.
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Correction : Écrire une équation de réaction nucléaire : Équation de la réaction modélisant la fission
de l’uranium 235
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6)- Exercice 14 page 139 : Utiliser une équation de réaction
Énoncé Utiliser une équation de réaction : Déterminer la nature de la transformation correspondant à chacune des équations de réaction ci-dessous. Justifier. a.
b.
Cu2+
(aq) + 2 HO– (aq) → Cu(OH)2
(s) c.
MnO4–
(aq) + 8 H+ (aq) + 5 Fe2+
(aq) → Mn2+ (aq) + 4 H2O
(ℓ) + 5 Fe3+ (aq) d.
C10H16O
(s) → C10H16O
(g) |
Correction : Utiliser une équation de réaction : Nature de la transformation correspondant à chacune des équations de réaction ci-dessous. a.
-
Il s’agit d’une transformation nucléaire. -
Réactifs et
produits correspondent à des
éléments chimiques différents. b.
Cu2+
(aq) + 2 HO– (aq) → Cu(OH)2
(s) -
Il s’agit d’une transformation chimique. - Réactifs et produits correspondent à des espèces chimiques différentes, mais avec conservation des éléments
chimiques et de la charge électrique. -
C’est une réaction de précipitation.
-
Elle peut se servir de cette réaction pour mettre en évidence les ions
cuivre II, Cu2+ (aq).
c.
MnO4– (aq) + 8 H+
(aq) + 5 Fe2+ (aq) → Mn2+
(aq) + 4 H2O (ℓ) + 5 Fe3+
(aq) -
Il s’agit d’une transformation chimique. - Réactifs et produits correspondent à des espèces chimiques différentes, mais avec conservation des éléments
chimiques et de la charge électrique. -
Les ions permanganate
MnO4– (aq) de couleur violette
donne les ions manganèse Mn2+
(aq), incolore. -
C’est une réaction d’oxydoréduction. - Dosage 01 :
- Dosage 02: d.
C10H16O
(s) → C10H16O
(g) : -
Il s’agit d’une transformation physique : -
Réactifs
et
produits correspondent à des
espèces chimiques identiques dont seuls les états
physiques différent. -
Passage de l’état solide à l’état gazeux : c’est une
sublimation. |
7)- Exercice 19 page 140 : Formation d’éléments chimiques :
Énoncé Formation d’éléments chimiques : Une supernova est l’ensemble des phénomènes qui résultent de l’explosion d’une étoile. Dans les milieux interstellaires sont alors libérés des éléments
chimiques. Une étoile est principalement constituée des éléments hydrogène et hélium. La température et la pression au cœur y sont élevées. Ces conditions permettent la formation d’autres éléments. 1.
Les noyaux d’hélium : a.
Déterminer la composition des noyaux
d’hélium de symbole
b.
Les atomes correspondant à ces noyaux
sont-ils isotopes. 2. La synthèse des autres éléments chimiques se fait par une succession de transformations. Indiquer, en
justifiant, la nature de ces transformations. 3.
Recopier et compléter, en justifiant,
l’équation de la réaction de fusion de l’hydrogène :
4.
Cette réaction de fusion modélise-t-elle une
transformation physique ? Justifier. 5. D’autres réactions ont lieu au cœur d’une étoile. Si la température atteint
environ 108 K, la réaction d’équation ci-dessous se
produit :
-
Déterminer les valeurs de
A et Z, puis à l’aide du tableau périodique, déterminer
X. 6. De l’eau H2O peut être présente dans certains nuages interstellaires. Une transformation nucléaire
peut-elle expliquer la formation d’eau ? |
Correction : 1.
Les noyaux d’hélium : a.
Composition des noyaux d’hélium
-
-
b.
Ce sont des noyaux isotopes :
-
Ils possèdent le même nombre de
protons et un nombre différent de neutrons. 2.
Nature de ces transformations :
-
La synthèse des autres éléments
chimiques se fait par une succession de transformations.
-
Au cours de ces transformation, les
éléments chimiques ne sont pas conservés.
-
On est en présence de réactions
nucléaires. 3.
Équation de la réaction de fusion de
l’hydrogène :
-
Au cours de cette réaction nucléaire,
il y a conservation :
-
Du nombre de charge
Z
-
Du nombre de masse
A
-
Une résolution :
-
On écrit l’équation sous la forme
suivante :
-
-
Conservation du nombre de masse :
x
= 4 y
-
Conservation du nombre de charge :
x = 2
y + z
-
On est en présence de deux équations
et de trois inconnues.
-
Il y a une infinité de solutions :
-
Les nombres
x,
y et
z sont des entiers :
-
On peut exprimer les grandeurs en
fonction de y :
-
y,
-
x
= 4 y,
-
x = 2
y +
z =>
4 y = 2
y +
z =>
z = 2 y
-
Si l’on pose :
y = 1, alors x = 4 et
z = 2
-
C’est la solution la plus simple.
-
4.
Réaction de fusion :
-
Cette réaction de fusion ne modélise
pas une transformation physique.
-
Il y a non-conservation de l’élément
chimique.
-
On est en présence d’une fusion
nucléaire.
-
Au cours d’une fusion nucléaire, deux
noyaux légers s’unissent pour former un noyau lourd
-
C’est une transformation nucléaire. 5.
Équation de la réaction nucléaire :
-
-
Il y a conservation du nombre de
charge et conservation du nombre de masse :
-
A = 4 + 4 =>
A = 8
-
Z = 2 + 2 =>
Z = 4
-
Il s’agit de l’élément béryllium
Be : du béryllium 8.
- 6.
Formation d’eau :
-
La formation d’eau s’explique par une
transformation chimique.
-
L’eau à une structure moléculaire :
H2O.
-
Elle est constituée de deux éléments
chimiques (hydrogène et oxygène)
-
Elle ne peut pas être obtenue par une
transformation nucléaire. |
8)- Exercice 22 page : Va-t-on manquer d’uranium ?
Énoncé Va-t-on manquer d’uranium ? L’uranium contient un isotope, l’uranium 235, qui, sous l’impact d’un neutron, libère de l’énergie utilisée par les réacteurs
nucléaires. Dans l’uranium naturel, l’isotope 235 n’est présent en masse qu’à 0,70 % contre 99,3 % pour l’uranium 238. Pour l’utiliser en tant que combustible, l’uranium doit être
enrichi en uranium 235 et atteindre un pourcentage massique de 4,0 %.
-
Estimer le temps d’épuisement des
ressources en uranium sur Terre et conclure.
-
Données :
-
En 2018 : 450 réacteurs étaient en
service.
-
Les besoins annuels, par réacteur,
s’élèvent en moyenne à environ 35 tonnes d’uranium enrichi.
-
Les réserves en uranium sur Terre
sont estimées à 5,4 millions de tonnes. |
Correction :
-
Masse d’uranium 235,
m (235), consommée par an :
-
L’uranium enrichi contient 4,0 %
d’uranium 235.
-
Les besoins annuels, par réacteur,
s’élèvent en moyenne à environ 35 tonnes d’uranium enrichi.
-
Et il y a 450 réacteurs :
-
-
Il faut 6,3 × 102 t /an
d’uranium 235 pour faire fonctionner tous les réacteurs.
-
Masse de la réserve d’uranium 235,
mr, en 2018 :
-
Les réserves en uranium sur Terre
sont estimées à 5,4 millions de tonnes :
-
l’isotope 235 n’est présent en masse
qu’à 0,70 % :
-
-
Estimation du temps d’épuisement des
ressources en uranium sur Terre :
-
-
Soit en 2080 environ : c’est demain.
- L’uranium :
le combustible nucléaire.
-
Cycle du combustible nucléaire en France :
|
9)-Exercice 23 page 141 : Datation au carbone 14
Énoncé Datation au carbone 14 : En octobre 2018, un vaisseau grec échoué au fond de la mer Noire est découvert. Pour dater ce navire, une datation au carbone 14 est réalisée sur
un échantillon de bois prélevé sur la coque. On mesure 10,1 désintégrations par minute et par gramme de
carbone.
C. Désintégration du
carbone 14 : 1.
Expliquer la phrase en italique du
texte A.
. 2.
La désintégration du noyau de carbone 14
conduit à l’émission d’un électron de symbole
Écrire
l’équation de la réaction nucléaire correspondante à
l’aide du tableau périodique. 3.
Justifier le fait que la quantité de carbone
14 dans un organisme vivant reste constante (texte
A. ) 4.
Interpréter l’allure de la courbe après la
mort de l’organisme (graphique C.
) 5.
Déterminer l’époque de construction du
vaisseau en expliquant la démarche (doc.
B et C). |
Correction : 1. Explication la phrase en italique du
texte A. :
-
La carbone 14 est un isotope
instable du carbone 12 : - Atome isotopes :
- Même nombre de
protons, mais un nombre différent de neutrons.
-
Carbone 14 :
-
Carbone 12 :
-
Le noyau de l’atome de carbone est
instable car il possède trop de neutrons.
-
2.
Équation de la réaction nucléaire :
-
-
La conservation du nombre de masse et
du nombre de charge donne :
-
A =14 et
Z = 7
-
On obtient l’azote 14.
-
Écriture symbolique :
-
3.
La quantité de carbone 14 dans un organisme
vivant reste constante (texte
A. ).
-
Tous les organismes vivants échangent
du dioxyde de carbone avec
l’atmosphère par respiration et alimentation.
-
Ils fixent le carbone 14, dans leurs
tissus jusqu’à leur mort, à une teneur égale à celle de l’atmosphère.
-
Après la mort, l’absorption et le
rejet de carbone s’arrêtent.
-
Le carbone
14 : - Datation au carbone 14 (suite) : - Les organismes vivants perdent quotidiennement des atomes de carbone 14 par sécrétion, déjections,
désintégrations spontanée,…
-
D’autre part, ils assimilent du
carbone grâce à leur alimentation.
-
La proportion en carbone 14 reste
celle de leur environnement.
-
Quand l’organisme meurt, il ne
renouvelle plus ses réserves en carbone 14 qui diminuent peu à peu. 4. Allure de la courbe après la mort de l’organisme (graphique C.
) - On observe la décroissance du nombre de désintégrations de noyaux de carbone 14 par minute au cours du temps.
- Cette décroissance
suit la loi de décroissance radioactive du carbone 14. - Pour un type de noyaux radioactifs, la demi-vie t½ est la durée au bout de laquelle la moitié des noyaux
radioactifs initialement présent dans l’échantillon se
sont désintégrés.
-
La
demi-vie du carbone 14 est fixée de façon conventionnelle à
-
t1/2
= 5568 ± 30 ans
(valeur admise en 1950).
-
Loi de décroissance
radioactive : 5.
Époque de construction du vaisseau en
expliquant la démarche (doc.
B et C)
-
On réalise une exploitation du
graphique C.
-
Âge du bois de la coque du navire :
Δt ≈ 2500 ans.
-
Époque de construction du navire :
-
t ≈ 2018 –2500
-
t ≈ – 480 ans - Fin de ÉPOQUE CLASSIQUE
(Périclès
Guerres médiques). |
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