| 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. |
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1.2. Le
suif. Le suif est composé majoritairement de tristéarate (ou octadécanoate) de glycéryle dont ta formule est :
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C'est un triester (du glycérol).
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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 ? |
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Ce triester a été formé à partir de l'acide carboxylique : C17H35 -  - OHet du triol : CH2OH - CHOH - CH2OH (propan-1,2,3-triol ou glycérol) La réaction est une extérification. |
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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. |
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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 ». |
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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 :
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On peut remarquer
sur les spectres des lumières émises par les deux tubes
fluorescents que les pics d'intensités relatives sont
les mêmes que ceux de la lampe à vapeur de mercure :
les raies d'émission sont caractéristiques des éléments
émetteurs et sont identiques. Les deux tubes contiennent donc de la vapeur de mercure. |
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Sur le diagramme énergétique, le niveau le plus bas est appelé niveau fondamental. |
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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 ? |
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Quand l'énergie de l'atome
de mercure est au niveau E1, l'atome est dans
un état excité. |
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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 ? |
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Lorsque l'atome perd un
quantum d'énergie, il y a émission d'une radiation
lumineuse monochromatique. |
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2.2.3.b.
Calculer la longueur d'onde l 1®0
correspondante dans le vide. |
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L'énergie libérée est : E1 - E0 = h n1®0 = h c / l1®0 d'où : l1®0 = h c / ( E1 - E0 ) Application numérique : l1®0 = 6,63 · 1034 × 3,00 · 108 / [( - 5,54 + 10,44 ) × 1,60 · 10-19 ] l1®0 = 2,54 · 10-7 m = 254 · 10-9 m = 254 nm |
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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. |
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Les longueurs d'onde de la
lumière visible sont approximativemenbt comprises entre
400 nm et 800 nm. l1®0 = 254 nm correspond à
une radiation ultra-violette. |
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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. |
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La radiation émise par la
vapeur de mercure, contenue dans le tube, a pour longueur
d'onde l1®0 = 254 nm, comprise
donc entre 200 et 300 nm. Soumise à ce rayonnement, la poudre fluorescente déposée sur le tube va alors émettre de la lumière visible (dont le spectre est continu). |
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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. |
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Le spectre 3 (obtenu avec la
lampe à vapeur de mercure seul) indique qu'il y a émission
de quatre radiations monochromatiques (spectre de raies).
Les spectres 1 et 2 (obtenus avec les tubes fluorescents)
indiquent qu'il y a émission de toutes les radiations
lumineuses de longueur d'onde comprise entre 380 et 680
nm, s'ajoutant aux quatre radiations correspondant à la
vapeur de mercure (d'intensités plus fortes). Les poudres fluorescentes permettent donc d'obtenir un spectre proche du spectre continu obtenu avec la lumière solaire. |
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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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Sur le spectre 2, les
radiations émises ont des intensités relatives assez
voisines, la lumière émise sera proche de la lumière
blanche solaire. Sur le spectre 1, les intensités relatives augmentent nettement entre 550 et 630 nm (avec un maximum vers 580 nm) ; la lumière émise sera donc jaune-orangée. |
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