NOM : CLASSES DE SECONDE classe :

NOM : CLASSES DE SECONDE classe : DEVOIR COMMUN DE SCIENCES PHYSIQUES L énoncé comporte 7 pages et est à rendre avec la copie. L usage de la calculatrice est autorisé EXERCICE 1 : Extraction du cinéol Le cinéol, ou eucalyptol, peut être extrait de certains végétaux, notamment des feuilles d eucalyptus. Cette espèce chimique est utilisée dans certaines spécialités pharmaceutiques, par exemple pour le traitement des infections des voies respiratoires. Pour extraire le cinéol, des feuilles d eucalyptus broyées sont introduites dans un chaudron avec de l eau distillée. Le mélange est chauffé à ébullition durant un quart d heure. Une fois refroidi à température ambiante, le mélange est filtré. Le filtrat contient de l eau et une huile essentielle d eucalyptus. Celle- ci est essentiellement constituée de cinéol et en a les caractéristiques physiques. Données : Caractéristiques physiques du cinéol : température de fusion : 2 C ; température d ébullition : 176 C ; densité : d = 0,92. solubilités : peu soluble dans l eau, soluble dans l éthanol, soluble dans le cyclohexane. Le cyclohexane n'est pas miscible à l'eau contrairement à l'éthanol. Masse volumique de l eau : ρeau = 1,0 g.ml- 1. 1.1. D après les données, le filtrat obtenu est- il un mélange homogène ou hétérogène? Le filtrat est constitué d huile essentielle contenant principalement du cinéol et d eau, or la solubilité du cinéol dans l eau est très faible, le filtrat est donc un mélange hétérogène 1.2. Quel est l état physique du cinéol obtenu? Quelles données permettent de l affirmer? Expliquer. Ce sont les températures de changement d état qui permettent de préciser l état physique du cinéol obtenu. Le cinéol est à la température ambiante autour de T= 20 C comprise entre la température de fusion et d ébullition du cinéol, (TF<T<FEb) à cette température, celui- ci est dont à l état liquide 1.3. Où se trouve le cinéol après décantation du filtrat? Quelles données permettent de l affirmer? Expliquer. Le filtrat est donc composé de deux phases, une phase aqueuse et une phase organique (le cinéol) La densité du cinéol dcinéol = 0,92 est inférieure à celle de l eau deau =1 Le cinéol surnage donc il constitue la phase supérieure du filtrat obtenu 2. On mesure un volume V= 20 ml d huile essentielle, calculer sa masse m. 𝑚 𝜌 = 𝑉 𝑚 = 𝜌. 𝑉 La masse d une espèce est reliée à son volume par sa masse volumique La masse volumique du cinéol n est pas donnée on connaît sa densité d à laquelle elle est reliée par la relation 𝜌 𝑑= 𝜌!"# 𝜌 = 𝜌!"#. 𝑑 𝑚 = 𝜌!"#. 𝑑. 𝑉 A.𝑁. 𝜌!"# = 1,0𝑔. 𝑚𝐿!! 𝑑 = 0,92 𝑉 = 20 𝑚𝐿

m = 1,0 0,92 20 m = 18,4 g 3. On veut récupérer le peu de cinéol présent dans l eau à l aide d une extraction par solvant (ou extraction liquide- liquide). 3.1. Indiquer le solvant à utiliser et justifier ce choix. Le solvant extracteur doit être non miscible à l eau et doit dissoudre préférentiellement l espèce à extraire (ici le cinéol) Le cinéol doit être beaucoup plus soluble dans le solvant extracteur que dans l eau, sa solubilité dans le solvant extracteur doit être élevée Des solvants proposés seul le cyclohexane possède ces deux propriétés C est donc le cyclohexane que l on choisit comme solvant extracteur 3.2. On a : une fiole jaugée, une éprouvette graduée, une ampoule à décanter, un chauffage à reflux. Que faut- il utiliser pour cette extraction? Pour réaliser l extraction pour pouvoir séparer les deux phases du filtrat, il est nécessaire d utiliser une ampoule à décanter 3.3. Faire le schéma à la fin de l'expérience avec le matériel choisi à la question précédente. EXERCICE 2 : Chez le dentiste A- Pour effectuer un détartrage, le dentiste utilise des ultrasons de fréquences variant entre 20 khz et 45kHz qui décollent le tartre. On considère l'enregistrement (voir annexe 1 ) réalisé à partir de l'appareil à ultrasons du dentiste : 1. Citer un domaine médical (autre que celui de l exercice) dans lequel on utilise aussi les ultrasons. Les ultrasons sont utilisé en imagerie médicale pour la réalisation d image d organes par échographie 2.1. Repasser en vert le motif élémentaire sur l enregistrement ( annexe 1). 2.2. Déterminer la valeur de la période du signal en µs puis en s. La période T (en rouge sur l enregistrement) est la durée la plus courte au cours de laquelle le motif du signal se reproduit à l identique On relève sur l enregistrement un valeur de T = 50µs

3.1. Donner la relation liant la période à la fréquence. Préciser les unités de chaque grandeur. f = 1 T f : en Hertz (Hz) T : en seconde (s) 3.2. En déduire la valeur de la fréquence. Cela est- il en accord avec l'énoncé? f = 1 T T = 50µμs = 50. 10!! s 1 T = 50. 10!! T = 2,0. 10! Hz T = 20 khz Le résultat est en accord avec l énoncé le signal sonore est bien un ultrasons dont la fréquence est comprise à l intervalle de fréquence donné B- La formation de tartre sur les dents peut favoriser une infection des gencives qui peut aller jusqu'à la destruction de l'os qui soutient les dents. On traite ces infections avec un laser de fréquence 10 14 Hz assez puissant pour détruire les bactéries sans brûler la gencive. 1.1. A quel type d'onde appartient ce rayon laser? Le rayon laser ne fait pas partie de la famille des ondes ultrasonores, il est d une autre nature. Un laser est une onde électromagnétique, dont font partie les ondes lumineuses, les UV, le IR etc 1.2. Donner un exemple d'onde du même type. Dans le domaine médical on recourt aux ondes électromagnétiques dont : - les rayons X pour la radiographie - la lumière visible pour la fibroscopie - les rayons gamma pour la radiothérapie - les rayons infrarouges pour la mesure de température 2. Calculer la période de cette onde. On sait que f =!! d où : T = 1 f EXERCICE 3 : Etude d une analyse de sang T = 1 10!" T = 10!!" s T = 10 fs (femtoseconde) Le médecin a prescrit des analyses de sang à un patient. Voici un extrait du résultat de ses analyses : Bilan lipidique Résultats de l analyse Valeurs de référence Chimie du sang Résultats de l analyse Valeurs de référence Triglycérides 1,82 g.l -1 0,35 à 1,57 g.l -1 Glycémie à jeun 0,711 g.l -1 0,70 à 1,10 g.l -1 Cholestérol 2,50 g.l -1 1,2 à 2,00 g.l -1 Acide urique 60,2 mg.l -1 45,0 à 70,0 mg.l -1 Le patient voudrait en savoir plus sur son état de santé. Pour commencer, il lui faut comprendre ce que signifient les résultats de ses analyses...

1. LE CHOLESTEROL Document 1 : Le bilan lipidique indique les taux de graisses dans le sang. Une nourriture trop riche en graisse fait monter le taux de cholestérol total et le taux de triglycérides. Des taux trop élevés sont des facteurs à risque de maladies cardio- vasculaires. 1.1. En chimie, on ne dit pas «taux de cholestérol», quel est le nom de cette grandeur mesurée en g.l - 1? En chimie la grandeur qui mesure la richesse en une espèce chimique dissoute et qui s exprime en g.l - 1 est la concentration massique Cm de cette espèce. 1.2. Le patient est une personne adulte dont le corps contient environ V=5,0 L de sang. Quelle masse m de cholestérol est contenue dans tout le corps du patient? Détailler les calculs. On sait que la masse m d une espèce dissoute et le volume V de la solution sont liés par : Cm = m V La masse m de cholestérol présente dans le volume V de sang du patient se déduit facilement m = Cm. V A.N Cm = 2,50 g. L!! V = 5,0 L m = 2,50 5,0 m = 12 g 1.3. Des valeurs de référence sont données dans la dernière colonne de la feuille d analyses du patient. Quelle est leur utilité? Les valeurs de références indiques l intervalle des concentrations massiques jugées normales Elle permette au patient de savoir s il doit consulter un médecin, si elles s écartent trop de ces valeurs 1.4. Compte tenu du bilan lipidique du patient, quel conseil nutritionnel serait- il judicieux de lui donner? Le bilan lipidique du patient indique que les concentrations en cholestérol et triglycérides est au delà des limites supérieures jugées normales, il doit donc consulter son médecin qui très certainement l enjoindra à suivre un régime alimentaire moins gras 2. LA GLYCEMIE DANS LE SANG Le patient cherche à interpréter les résultats de ses analyses relatifs à la glycémie. Il lit dans un magazine traitant de la santé un article qui le concerne. Il y trouve les informations suivantes : Document 2 : La glycémie à jeun correspond au taux de sucre (glucose) dans le sang, lorsqu aucun aliment n a été absorbé depuis plusieurs heures. Parfois, l'insuline se met à mal fonctionner ou alors le pancréas ne parvient plus à en produire assez : on parle alors de diabète. Selon le taux de sucre dans le sang à jeun, on parlera d'hyperglycémie modérée (entre 1,10 g.l- 1 et 1,25 g.l- 1), d'intolérance au glucose ou pré- diabète (lorsqu'on approche des 1,26 g.l- 1) ou de diabète (dès que l'on franchit ce seuil). Avoir trop de sucre dans le sang peut créer des dégâts à plusieurs niveaux : les yeux, les reins et le système cardiovasculaire peuvent être endommagés. Non soignée, l'élévation excessive du taux de sucre peut entraîner un coma diabétique. Rassurez- vous : cela n'intervient généralement qu'après des années d'un diabète non pris en charge. Le sucre est une des énergies qui permet à tout notre organisme d'avancer. Sans lui, on est fatigué, incapable de faire le moindre effort. Lorsque le taux de glucose dans le sang est trop faible, on parle d'hypoglycémie. Il suffit d'un sucre ou d'une friandise pour que la machine reparte dans les minutes qui

suivent. Poussée à l'extrême, l'hypoglycémie peut entraîner un malaise, voire un coma si aucun soin n'est apporté. A l'inverse, une hyperglycémie peut révéler un prédiabète ou même un diabète. En temps normal, l'insuline dégrade le glucose présent en trop grande quantité dans le sang. Document 3 : Glycémie d'une personne à jeun qui ingère une solution de glucose 2.1. Compléter le tableau de l annexe 2 à l'aide des informations contenues dans le document 2. Taux de glucose dans le sang Nom de la pathologie Effets sur l organisme Trop faible hypoglycémie Fatigue, malaise, voire coma Trop fort Hyperglycémie Atteinte des yeux, des reins et du système, coma diabétique 2.3. D après le document 3, décrire l évolution de la glycémie juste après un repas? Pendant la première heure, la glycémie augmente jusqu à atteindre un maximum Puis durant l heure qui suit, la glycémie diminue jusqu à atteindre une très légère et momentanée hypoglycémie avant de retrouver une glycémie normale 2.4. D'après les informations du document 2, quel est le rôle de l insuline? Le rôle de l insuline est de dégrader l excès de sucre (glucose) dans le sang afin de maintenir une concentration supportable par l organisme, nous mettant ainsi à l abri d un diabète dont les conséquences peuvent être gravissimes EXERCICE 4: Détermination d une concentration massique On désire déterminer la concentration massique d une solution de sulfate de cuivre II (S 0 ) par réfractométrie. Pour cela nous allons procéder en deux étapes : Dans un premier temps nous allons tracer une courbe d étalonnage, présentant l indice de la solution en fonction de la concentration en sulfate de cuivre dissous. Dans un second temps nous utiliserons les lois de la réfraction pour déterminer l indice de la solution de cuivre inconnue.

Partie A : Construction de la droite d étalonnage. Des chimistes ont déterminé l indice de réfraction de plusieurs solutions de sulfate de cuivre. Ils ont constaté que la valeur de l indice varie en fonction de la concentration de la solution. Concentration massique de la solution de sulfate de cuivre II (en g.l- 1) Indice de réfraction mesurée n 0 4.00 8.00 10.0 12.0 16.0 20.0 24.0 28.0 1.33 1.41 1.49 1.53 1.57 1.65 1.73 1.81 1.89 1. Sur le papier millimétré fourni en annexe, construire le graphique qui représente l indice de réfraction en fonction de la concentration C. Echelle : en abscisse : 1 cm pour 2 g.l - 1 et en ordonnée : 1 cm pour 0,1. Le tracé ci- dessous ne respecte pas les échelles imposées pour les deux axes 1,7 20g.L - 1 2. Quelle courbe correspond à ces points? Par quelle fonction pourrait on la modéliser? (on ne demande pas de le faire) Les points sont pratiquement alignés sur une droite qui ne passe pas par l origine On peut dès lors affirmer que l indice de réfraction de la solution est fonction affine de sa concentration 3. A partir du graphique, déterminer quelle serait la concentration massique d une solution d indice 1,70? Faire apparaitre les traits de construction. Les constructions sur le graphique permette de lire que lorsque l indice de réfraction est égal à 1,70 la concentration de la solution de sulfate de cuivre est de 20,0 gl - 1 4. Quel volume de solution mère de concentration massique C 1 = 40,0 g.l - 1 a- t- il fallu prélever pour préparer V 2 =50,0 ml de solution fille de concentration massique C 2 =10,0 g.l - 1? Expliquer le calcul. Pour réaliser cette solution fille on a dilué la solution mère (en prélevant un volume V! de celle ci pour le transvaser dans une fiole de 50,0 ml et de compléter jusqu au trait de jauge avec de l eau distillée) ) La relation de la dilution permet d écrire que C!. V! = C!. V! le volume V! de solution mère prélevé s obtient : V! = C!. V! C!

soit V! = 50,0. 10!! L C! = 10,0 g. L!! C! = 40,0 g. L!! 10,0 50,0. 10!! V! = 40,0 V! = 0,0125 L V! = 12,5 ml Partie B : L indice de la solution inconnue On introduit la solution (S0) dans un demi- cylindre en verre. On utilise un laser de la même longueur d onde que celui de la partie A. La lumière provenant du laser se propage dans l air, puis vient heurter la surface libre du liquide contenue dans le demi- cylindre (voir figure A). L angle d incidence vaut 15, on mesure un angle de réfraction de 9.9. 1. Légender la figure 1 (annexe 3), en utilisant le vocabulaire : angle d incidence, angle de réfraction, normale, milieu d indice n air, milieu d indice n (s(0). 2.1. Enoncer la relation (formule) de Snell- Descartes. n!. sin i! = n!. sin i! i! et n! étant respectivement l! angle d! incidence indice du milieu incident i! et n! étant respectivement l! angle de réfraction l! indice du milieu de réfraction 2.2. Utiliser cette relation pour déterminer l indice de la solution inconnue (S 0 ). Donnée : n air = 1,00 de la relation précédente on tire sin i! = n! sin i! n! 1,00 sin (15 ) n! = n! = sin 9,9 n! = 1,5

3. En utilisant la partie A, donner la valeur de la concentration massique de la solution (S 0 )? 1,5 8 g.l - 1 la lecture du graphique permet de donner une valeur à la concentration de la solution à partir de son indice de réfraction soit ici C= 8 g.l - 1 EXERCICE 5: Suivi d une purification par chromatographie sur couche mince (CCM) Les vertus médicinales du clou de girofle ont été mises a profit des l Antiquité. Leur compréhension scientifique impose d isoler l espèce chimique que contient cette plante et qui possède le même effet thérapeutique. Cette espèce chimique s appelle l eugénol. Une extraction a permis d obtenir une solution jaune pâle S d huile essentielle de clous de girofle dans le dichlorométhane. On soupçonne la présence d eugénol, dans S et on veut la confirmer avec une CCM. 1. Combien de dépôts doit- on faire? Lesquels? Pour savoir si la solution S renferme de l eugénol faire deux dépôts l un d eugénol pur et l autre de la solution S 2. Apres migration et séchage, on ne voit rien sur la plaque. Quelle opération permet de lire le chromatogramme? Si les taches n apparaissent pas il faut les révéler en les exposant à une lumière UV ou en utilisant un révélateur chimique comme une solution de permanganate de potassium 3. Le chromatogramme confirme que S contient de l eugénol et deux espèces chimiques non identifiées. Représenter une allure possible du chromatogramme en complétant le schéma de la plaque (annexe 4). Si la solution S contient de l eugénol et deux autres espèces chimiques non reconnues, trois taches doivent naitre du dépôt de solution S Pour que le chromatogramme confirme la présence d eugénol une tache de celles issues du dépôt de solution S doit migrer à la même auteur que celle unique, issue du dépôt d eugénol pur

EXERCICE 6 : QCM sur la description de l Univers Cocher les affirmations justes. Pour certaines questions, plusieurs réponses sont possibles. 1 - Entre le noyau et les électrons d'un atome, il y a : Des molécules þ Du vide De l'air 2 - Entre le Soleil et les planètes du système solaire, il y a : þ Surtout du vide De l'air Des Galaxies 3 - Une Galaxie : Est un regroupement de planètes autour d'une étoile þ Est un groupement d'étoiles dont certaines sont accompagnées de planètes þ A une structure lacunaire 4 - Dans le vide la lumière : þ Se propage en ligne droite Ne se propage pas þ Se propage avec une vitesse constante 5 - La valeur de la vitesse de la lumière dans le vide est de : c = 3,00 x 10 8 km. h - 1 c = 3,00 x 10 5 km. s - 1 þ c = 3,00 x 10 8 m. s - 1 6 - L'année de lumière est : La durée du trajet de la lumière entre le Soleil et la Terre þ La distance parcourue par la lumière dans le vide en un an. La distance séparant le Soleil de l'etoile Polaire 7 - La lumière met 8 min 20 s pour nous parvenir du Soleil. Quelle est la distance entre la Terre et le Soleil : 600 000 m þ 150 x 10 6 km 150 x 10 11 km 8 - Regarder loin, c'est regarder tôt car : Pour regarder loin, il faut se lever tôt le matin þ La lumière qui vient des objets lointains a voyagé pendant longtemps þ En observant des objets lointains, on les voit tels qu'ils étaient il y a longtemps. 9 - La distance entre le Soleil et Vénus est de 108,2 x 10 6 km. Cette distance s'écrit aussi : þ 1,082 x 10 8 m 1,082 x 10 11 m 108,2 x 10 10 m 10 - Le rayon du Soleil est d'environ 6,96 x 10 8 m. L'ordre de grandeur de cette distance est : 10 8 m þ 10 9 m 7 x 10 8 m 11 - Le diamètre d'un virus du Sida est de 105 nm. L'ordre de grandeur de ce diamètre est : 10-9 m þ 10-7 m 10-11 m