Français p 1 Version : 2101
1 Contenu - 1 ole d'aluiniu : asse 27,0 +/- 0,2g - 1 ole de fer : asse 55,8 +/- 0,2g - 1 ole de cuivre : asse 63,5 +/- 0,2g - 1 ole de zinc : asse 65,4 +/- 0,2g - 1 ole d'étain : asse 118,7 +/- 0,2g Le but de cette activité est de trouver le point coun entre les 5 échantillons contenus dans cette boîte : aluiniu, fer, cuivre, zinc et étain. 1.1 1ère partie : Approche acroscopique 1.1.1 Ont-ils la êe asse? Les pesées donnent les résultats suivants : Masse (g) 27,0 55,8 63,5 65,4 118,7 Conclusion : Ces échantillons n ont pas la êe asse. 1.1.2 Ont-ils le êe volue? Observation : On voit que non. FRANÇAIS 1
1.1.3 (Facultatif) Ont-ils la êe asse voluique? (Sous garantie du résultat car les asses n ont pas été étudiées pour cette application) Expérience : On déterine le volue des échantillons soit par déplaceent de liquide (approxiatif), soit par calcul à partir des diensions. Puis, à l aide des asses, on calcule leur asse voluique : On obtient les résultats suivants : ρ étal V Masse (g) 27,0 55,8 63,5 65,4 118,7 Volue (c 3 ) 10 7 7 9 16 Masse voluique (g/c 3 ) (valeurs théoriques) 2,7 7,84 8,92 7,1 7,29 Conclusion : Ces échantillons n ont pas la êe asse voluique. étal étal 1.2 2èe partie : Approche icroscopique 1.2.1 De quoi sont constitués ces échantillons? Ces échantillons sont constitués d atoes d aluiniu, fer, cuivre, zinc et étain. Constitution d un atoe Un atoe est constitué d un noyau, asseblage de nucléons, c'est-à-dire de protons et de neutrons, autour duquel gravitent des électrons. On rappelle que chaque proton porte une charge positive, chaque électron une charge négative, et les neutrons, aucune charge. Coe l atoe est électriqueent neutre, son nobre de protons est égal à son nobre d électrons. Dans la classification périodique, on dispose des inforations suivantes : Sybole chiique Al Fe Cu Zn Sn Isotope le plus 27 56 63 64 120 abondant 13 Al 26 Fe 29 Cu 30 Zn 50 Sn Masse olaire (g/ol) 27,0 55,8 63,5 65,4 118,7 FRANÇAIS 2
1.2.2 A quoi correspond la représentation sybolique A Z X? X représente le sybole chiique de l atoe. Z représente le nuéro atoique de l atoe, c'est-à-dire le nobre de protons de son noyau. A représente le nobre de asse de l atoe, c'est-à-dire le nobre de nucléons (protons + neutrons) de son noyau. Exeple : 27 13 Al : représente un noyau d aluiniu constitué de Z 13 donc 13 protons A 27 donc 27 13 14 neutrons Autour de ce noyau gravitent 13 électrons. Rearque : Un éléent chiique est défini par son nuéro atoique Z. Exeple : si Z 13, l atoe est de l aluiniu. 1.2.3 Que sont les isotopes? Dans le tableau, on parle «d isotope» le plus abondant. Les isotopes d un êe éléent chiique sont des atoes ayant le êe nuéro atoique Z et des nobres de asse A différents. Ils ont donc le êe nobre de protons, ais des nobres de nucléons, et donc de neutrons différents. 64 66 Exeple : 30 Zn et 30 Zn représentent deux noyaux isotopes du zinc. 1.2.4 Les atoes des échantillons ont-ils la êe asse? Dans le tableau de données, on s aperçoit que la donnée «asse olaire» varie selon le étal. Mais au fait, ces atoes ont-ils la êe asse? Coent calcule-t-on la asse d un atoe? On donne : Particule éléentaire Proton Neutron Electron Masse (kg) 1,67.10-27 1,67.10-27 9,1.10-31 Coparaison des asses des nucléons et des électrons : ( nucléon) 1,67.10 27 ( e ) 9,1.10 31 1835 2000 FRANÇAIS 3
Ainsi, un électron est environ 2000 fois plus léger qu un nucléon. On peut donc négliger la asse des électrons par rapport à celle des nucléons dans le calcul de la asse de l atoe. On dit que la asse de l atoe est concentrée dans son noyau. Calcul de la asse d un atoe : (atoe) (noyau)(protons)+(neutrons)a.(nucléon) On peut ainsi calculer la asse des atoes contenus dans les échantillons (en faisant l approxiation que ces échantillons ne contiennent que l isotope le plus abondant). Isotope le plus 27 56 63 64 120 abondant 13 Al 26 Fe 29 Cu 30 Zn 50 Sn Masse d un atoe (kg) 4,51.10-26 9,35.10-26 1,05.10-25 1,07.10-25 2,00.10-25 Conclusion : Chacun des atoes a une asse différente. 1.2.5 A quoi correspond une ole? Dans le tableau de données, il est question de «asse olaire». Qu est-ce qu une ole? La ole 1 ole d entités chiiques (atoes, olécules, ions ) contient toujours le êe nobre d entités : 6,02.10 23. Ce nobre s appelle le nobre d Avogadro : NA 6,02.10 23 ol -1 La ole (ol) est l unité de la quantité de atière notée n. Exeples : 1 ole d aluiniu représente 6,02.10 23 atoes d aluiniu. 1 ole d eau représente 6,02.10 23 olécules d eau. 1 ole de petits pois représente 6,02.10 23 petits pois et si vous gagnez 1 ole d euros au loto, vous êtes trèèèès riche!!! 1.2.6 A quoi correspond la asse olaire en g.ol -1? La asse olaire d un atoe correspond à la asse d une ole de cet atoe. Elle se note M et s exprie en g.ol -1. Exeple : Pour l aluiniu, on nous donne : M(Al) 27,0 g.ol -1. Cela signifie qu une ole d atoes d aluiniu pèse 27,0 g. Application : Déduisons de cette inforation la asse d un atoe d aluiniu. Cela signifie que 6,02.10 23 atoes d aluiniu pèsent 27,0 g. D où la asse d un atoe d aluiniu : atoe échantillon 27,0 23 N 6,02.10 A 4,5.10-23 g4,5.10-26 kg On retobe sur la valeur trouvée précédeent FRANÇAIS 4
1.2.7 Cobien d atoes contiennent les différents échantillons? On peut aintenant calculer le nobre d atoes N contenu dans chaque échantillon : N atoes échantillon atoe Masse d un atoe 4,51.10-26 9,35.10-26 1,05.10-25 1,07.10-25 2,00.10-25 (kg) Masse (kg) 27,0.10-3 55,8.10-3 63,5. 10-3 65,4. 10-3 118,7. 10-3 Nobre d atoes 6.10 23 6.10 23 6.10 23 6.10 23 6.10 23 Conclusion : On s aperçoit qu ils contiennent tous le êe nobre d atoes : 6.10 23 atoes, soit une ole d atoes. 1.3 3èe partie : Conclusion. La ole, lien entre les deux approches On a pu rearquer que la asse de chaque échantillon correspondait à sa asse olaire. Ainsi, le point coun entre chaque échantillon est le nobre d atoes contenus dans chacun d eux : 1 ole d atoes, soit 6,02.10 23 atoes. Il va de soi que lorsqu il s agit d évaluer le nobre d atoes contenus dans un échantillon à notre échelle (échelle acroscopique), on arrive tout de suite à des illiards de illiards d atoes si petits (échelle icroscopique). Il est donc plus facile, à notre échelle, de parler de quantités de atière n en oles, plutôt que de copter les atoes «un par un». La ole est une unité adaptée à notre échelle pour évaluer des quantités de atière. Application : La ine d un crayon à papier est constituée de carbone graphite. 1. De quoi est constitué un atoe de carbone 12? 2. Quelle est la asse d un atoe de carbone 12? 3. Quelle est la asse olaire du carbone 12? 4. Si la ine de crayon pèse 1,2 g, quelle quantité d atoes de carbone (en ol) contient-elle? 5. Cobien d atoes de carbone contient-elle? Rearque : La ole est définie coe le nobre d entités chiiques contenues dans un échantillon de 12,0 g de carbone 12 Cobien cela représente-t-il d entités? FRANÇAIS 5
2 Service après vente La garantie est de 2 ans, le atériel doit être retourné dans nos ateliers. Pour toutes réparations, réglages ou pièces détachées, veuillez contacter : JEULIN - SUPPORT TECHNIQUE Rue Jacques Monod BP 1900 27 019 EVREUX CEDEX FRANCE 0 825 563 563 * * 0,15 TTC/ in à partir d'un poste fixe FRANÇAIS 6