DS SCIENCES-PHYSIQUES. Premières S. Mardi 10 novembre 2015

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1 DS SCIENCES-PHYSIQUES Premières S Mardi 10 novembre 2015 Sans moyen de communication Sans documents Calculatrice Autorisée Durée : 2 heures Bien lire le sujet avant de commencer car les 4 parties à traiter sont indépendantes. Soignez votre travail. Soyez clair et précis. Ne recopiez pas les questions! Données : Elément chimique Masse molaire en g/mol H C N O Na S

2 Partie A : La caméra obscura Document 1 : Certains artistes de la Renaissance utilisaient une chambre noire afin de visualiser les objets avant de les peindre. Document 2 : On peut aussi réaliser ce dispositif, en utilisant deux boites pouvant coulisser l une dans l autre, l observateur, situé à l arrière, pouvait voir l image de l objet se former sur un papier calque. Historiquement, il n y avait qu une petite ouverture par laquelle entraient les rayons lumineux. On obtenait alors sur le papier calque une image rétrécie et renversée, assez nette mais en général peu lumineuse, d un objet situé loin de la boite. Pour obtenir une image de meilleure qualité, on agrandit le diamètre d de l ouverture jusqu à 4,00 cm et on accole derrière cette ouverture sur la face avant une lentille convergente de centre optique O et de distance focale 10,0 cm. A.1 A l aide du document 2, établir sous forme de tableau, un lien entre les éléments de ce dispositif et les constituants d un œil. A.2 Comment vérifier rapidement que la lentille utilisée est une lentille convergente? A.3 L objet est une bougie de 4,00 cm de hauteur placée à 50,0 cm de l ouverture. En utilisant la méthode de votre choix, déterminer la position et la taille de l image de la bougie. L image est-elle droite ou renversée? A.4 Comment faudrait-il faire coulisser les boites si l on voulait maintenant observer un objet situé à 1 m de l ouverture? Justifier.

3 Longueurs d onde (nm) Partie B : Le spectre solaire Document 1 : Spectre simplifié de la lumière émise par le Soleil (doc a) ; profil spectral correspondant (doc b) Document 2 : Longueurs d onde, exprimées en nm de certaines raies caractéristiques de quelques éléments chimiques Éléments chimiques Hydrogène (H) Sodium (Na) Calcium (Ca) Fer (Fe) Manganèse (Mn) Dioxygène (O 2 ) ,0 396,8 438,3 403,6 686,7 486,1 589,6 422,7 489,1 762,1 656,3 458,2 491,9 526,2 495, ,8 537,1 539,7 Document 3 : Expression de la loi de Wien La loi de Wien s'applique aux sources chaudes et permet de relier la température T d'une source chaude à la longueur d'onde de l'intensité lumineuse maximale λ max produite par la source. La loi de Wien peut s'écrire sous forme de la formule suivante: λ max x T = 2,898 x 10-3 Dans cette formule λ max est en mètre ( m ), T est en degré Kevin ( K ). On rappelle que T(K) = T( C)+273. B.1 Décrire le document «a». Que représentent les raies noires? B.2 Calculer la température de surface du soleil. B.3 En comparant les documents «a» et «b» quelle propriété des atomes permet d expliquer la présence de raies noires? B.4 A l aide du document 2, identifier quelques entités présentes dans l atmosphère du Soleil.

4 Partie C : Etude d une solution colorée pour bain de bouche Document 1 : L Alondont est une solution pour bain de bouche dont la couleur est due à un colorant Bleu de Prusse. Masse de Bleu de Prusse pour 1 L : 0,43 mg Formule brute du Bleu de Prusse : C 27 H 31 N 2 O 7 S 2 Na Document 2 : On donne la courbe représentant l absorbance de la solution d Alodont en fonction de la longueur d onde. Document 3 : Verrerie du laboratoire disponible: - béchers de 10, 20, 50, 100 et 200 ml - fioles jaugées de 25, 50, 100 et 200 ml - pipettes graduées de 1, 2, 5, 10 et 20 ml - éprouvettes graduées de 10, 20, 50 et 100 ml Document 4 : Absorbance de cinq solutions de colorant Bleu de Prusse Concentration C en µmol/l 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 Absorbance (sans unité) 0,064 0,133 0,194 0,255 0,319 correspond à C.1 Montrer pourquoi la solution d Alondont est bleue. C.2 La mesure de l absorbance de la solution d Alondont est de 0,126. Calculer, en détaillant votre raisonnement, la concentration précise en Bleu de Prusse présent dans la solution d Alondont. Toute justification pertinente sera prise en compte. C.3 Préparation de la solution à 2 µmol/l à partir d une solution mère de concentration 10 µmol/l. On veut en fabriquer 100 ml. Quel volume de solution mère doit-on prélever? C.4 Indiquer le mode opératoire pour réaliser cette dilution à l aide de la verrerie disponible.

5 Partie D : Extraction de la curcumine Document 1 : Poudre de curcuma La curcumine est la principale espèce chimique colorée du curcuma, une épice largement utilisée en cuisine réunionnaise ou indienne. Une fois isolée, elle est utilisée en tant que colorant alimentaire (E100). Document 2 : Extraction de la curcumine Dans un erlenmeyer, introduire une pointe de spatule de curcuma et 10 ml d éthanol. Agiter quelques minutes puis filtrer le contenu de l erlenmeyer. Le filtrat jaune ambré est une solution de curcumine. Document 3 : La courbe spectrale de la curcumine D.1 A quoi sert la filtration? D.2 La curcumine est-elle un colorant ou un pigment dans ces conditions? Justifier. D.3 Quel est le rôle de l éthanol? Comment récupérer uniquement l espèce chimique extraite? D.4 Quelle partie de la courbe spectrale du document 3 correspond à une plage d absorption de lumière visible? D.5 En déduire la couleur de la lumière après la traversée de la solution. Pourquoi cette couleur résulte-t-elle d une synthèse soustractive? D.6 Comment apparaîtrait la solution si la lumière blanche était remplacée par de la lumière bleue (ne contenant que des les longueurs d onde comprises entre 420 et 480 nm)? D.7 Comment vérifier expérimentalement qu une solution de curcumine a effectivement été obtenue?

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