Juin
2004 - Physique - Chimie : bizarre, bizarre
Cet exercice est
construit autour de deux phénomènes surprenants :
- en chimie avec la présentation de deux produits
salissants qui peuvent, en s'alliant, donner un produit
nettoyant ;
- en physique avec l'étude d'un dispositif permettant de
produire une lumière visible à partir d'un rayonnement
invisible.
Les parties 1. et 2.
sont indépendantes.
1.
Quand la cendre et le suif s'emmêlent...
Il y a quelques décennies, les femmes lavaient le linge
au lavoir en utilisant un mélange de suif (graisse
animale) et de cendre. On cherche à comprendre ici
comment ces deux produits salissants permettent le
nettoyage.
1.1. La cendre.
Les cendres étaient recueillies dans un pot et
mélangées à de l'eau. La cendre de bois contient de la
potasse KOH.
Sachant que la potasse contient des ions potassium K+,
écrire l'équation traduisant la réaction associée à
la dissolution de la potasse solide dans l'eau.
1.2. Le suif.
Le suif est composé majoritairement de tristéarate (ou
octadécanoate) de glycéryle dont ta formule est : 
1.2.1.
A quelle famille chimique appartient le tristéarate de
glycéryle ? Recopier la formule et entourer les groupes
caractéristiques (ou fonctionnels) correspondant à
cette famille.
1.2.2. Donner la formule de l'acide
(sans le nommer), ainsi que la formule et le nom de
l'alcool nécessaires pour fabriquer le tristéarate de
glycéryle. Comment se nomme cette réaction ?
1.3. Le mélange de suif et de cendre...
1.3.1. En utilisant les formules
semi-développées, écrire l'équation chimique de la
réaction modélisant la transformation lors du mélange
de suif et de cendre.
1.3.2. Par cette réaction, on obtient
un savon qui a des propriétés nettoyantes.
Ce produit possède une partie hydrophile et une partie
lipophile.
Identifier la partie hydrophile de l'ion négatif contenu
dans ce savon et préciser la définition du terme «
hydrophile ».
2.
Principe de fonctionnement d'un tube fluorescent.
Le tube fluorescent étudié est constitué d'un cylindre
de verre qui contient un gaz à basse pression. La paroi
intérieure du cylindre est recouverte d'une poudre
fluorescente. Lorsque le tube est mis sous tension, une
décharge électrique se produit : des électrons
circulent dans le gaz entre les deux électrodes. Les
électrons bombardent les atomes gazeux et leur cèdent
de l'énergie.
Le schéma simplifié du circuit est donné ci-dessous :
2.1.
On donne ci-dessous les spectres, dans le visible, des
lumières émises par deux tubes fluorescents et deux
lampes (une lampe à vapeur de mercure et une lampe à
vapeur de sodium) vendus dans le commerce.
Ces représentations sont limitées aux rayonnements
visibles.
Quel est le gaz contenu dans les tubes 1 et 2 ?
Justifier.
2.2. Étude du spectre du mercure
Le diagramme ci-dessous représente quelques niveaux
d'énergie de l'atome de mercure.
2.2.1.
Comment désigne-t-on le niveau le plus bas E0
sur le diagramme énergétique ?
2.2.2. Un électron cède une partie de
son énergie à un atome de mercure. L'énergie de
celui-ci passe du niveau E0 au niveau E1.
Comment qualifie-t-on l'état dans lequel se trouve alors
l'atome de mercure ?
2.2.3. Retour vers E0.
Lors de la transition du niveau E1 vers le
niveau E0, l'atome de mercure perd un quantum
d'énergie.
On donne :
- la valeur de la constante de Planck : h = 6,63
· 1034 S.I. ;
- la valeur de la célérité de la lumière dans le vide
: c = 3,00 x 108 m · s-1.
On rappelle que : 1 eV = 1,60 · 10-19 J.
2.2.3.a. Comment se manifeste cette
perte d'énergie ?
2.2.3.b. Calculer la longueur d'onde l 1®0
correspondante dans le vide.
2.2.3.c. Après avoir rappelé les
limites des longueurs d'onde dans le vide du spectre
visible, dire dans quel domaine, ultra-violet (U.V.),
visible ou infra-rouge (I.R.), se situe la radiation de
longueur d'onde l 1®0.
2.3. Des U.V. à la lumière visible
2.3.1. Pour que la poudre produise de la
lumière visible, elle doit être soumise à un
rayonnement dont la longueur d'onde est comprise entre
200 nm et 300 nm. Elle émet alors de la lumière dont le
spectre est continu.
La vapeur de mercure contenue dans le tube permet-elle à
la poudre déposée sur les parois du tube d'émettre de
la lumière visible ? Justifier.
2.3.2. Un éclairage confortable pour la
restitution des couleurs correspond à de la lumière
dont le spectre est continu et se rapproche de celui de
la lumière solaire.
En comparant soit les spectres des figures 2 et 3, soit
les spectres des figures 1 et 3, donnés ci-dessus,
indiquer le rôle des poudres.
2.3.3. En comparant les spectres des
figures 1 et 2, montrer que la nature de la poudre a une
influence sur la couleur de la lumière émise.
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