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+.

-  Pour le noyau  et pour l'ion

-  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 +.

-  Pour le noyau (le quadrium) et pour l'ion  (l'ion quadrium).

-  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 .

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.

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.

- Au cours de la désintégration, il y a émission d’un électron noté .

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

 a.   

b.   

c. 

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 :

-    →    + 

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.

Correction :

Écrire une équation de réaction nucléaire :

Équation de la réaction modélisant la fission de l’uranium 235

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.  MnO^4– (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).

-  Les ions cuivre II :

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.

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  et .

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

-   : ce noyau possède 2 protons et 2 neutrons

-   : ce noyau possède 2 protons et 1 neutrons.

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.

- On choisit les plus petits nombres entiers

- La particule : est un positon, anti-particule de l'électron .

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.

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, m_r, 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. (EDF)

-  Cycle du combustible nucléaire en France :

Ressource Wikipédia :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Cycle_du_combustible_nucléaire

- Fission de l'uranium.

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  et d’un noyau .

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 :  le noyau possède 6 protons et 8 neutrons.

-  Carbone 12 : le noyau possède 6 protons et 6 neutrons.

-  Le noyau de l’atome de carbone est instable car il possède trop de neutrons.

-    ou

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 :

-  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 t_½ 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 :

-  t_1/2 = 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).