U.E. LC 101 : Introduction à la chimie Durée de l épreuve : 2 heures Année 20112012 1ère période 1ère session N d'anonymat: Seules les calculatrices non graphiques et non programmables sont autorisées. Les réponses aux questions doivent être données dans les cadres correspondants. En fin d épreuve, les 6 pages du sujet doivent être rendues dans une copie double d examen sur laquelle votre nom, prénom et numéro d anonymat devront être indiqués dans le coin prévu à cet effet (coller le rabat). Les données numériques nécessaires sont regroupées en fin de sujet A propos de l iode L iode a été découvert en 1812 par le chimiste Courtois. A l état libre, il se trouve sous la forme moléculaire I 2. Sous cette forme, en solution dans l éthanol, il est utilisé comme désinfectant (teinture d iode). C est aussi un oligoélément (stocké dans la glande thyroïde) essentiel à la vie humaine. A ATOMISTIQUE (temps conseillé : 25 mn) A1) Son numéro atomique est 53. Ecrire sa configuration électronique dans l état fondamental. On explicitera la couche de valence sous forme de cases quantiques. A2) Déterminer la position (période et colonne) de l iode dans le tableau périodique. A quelle famille appartientil? Période Colonne Famille 1/6
A3) Le seul isotope naturel de l iode est 127 I. Donner le nombre de protons, neutrons et électrons de l iode atomique et de l ion iodure I. A4) L'isotope radioactif le plus répandu est l iode 131 produit au cours des réactions de fission dans les réacteurs nucléaires ; il est émetteur β (e ). a) Ecrire la réaction de désintégration. b) Identifier la famille de l élément engendré par cette désintégration. A5) L'énergie de première ionisation de l iode est de 10,45 ev. a) Déterminer la longueur d'onde maximale de la radiation électromagnétique permettant l ionisation de I. b) Dans quel domaine spectral se situetelle? B LIAISONS CHIMIQUES (temps conseillé : 45 mn) B1) L iode se combine avec l oxygène pour donner, entre autres, l acide iodique HIO 3. Pour l ion IO 3, donner un schéma de Lewis rendant compte de l équivalence des trois atomes d oxygène. 2/6
B2) L iode se combine également avec des éléments de sa famille comme le chlore ou le fluor pour donner des ions ou des molécules polyatomiques stables. On considère parmi ceuxci : ICl 2 ICl 3 ICl 4 IF 5 Pour chaque composé, donner le schéma de Lewis, sa formule VSEPR (AX n E m ) et en déduire la géométrie que l on explicitera sous forme d un dessin. Espèce chimique ICl 2 ICl 3 ICl 4 IF 5 Schéma de Lewis : AX n E m : Géométrie : B3) A l aide des valeurs d électronégativité données en annexe, indiquer la polarité des liaisons dans HI et HF. Quelle est la molécule la plus polaire? B4) Le moment dipolaire de HI est 1,27 10 30 C.m et la distance D HI =161 pm. Celui de HF vaut 6,10 10 30 C.m et D HF = 92 pm. Calculer le caractère ionique partiel des liaisons HI et HF. 3/6
B5) En solution dans l eau, solvant polaire, HF est un acide faible alors que HI est un acide très fort. Ceci estil en accord avec les résultats de la question précédente? Expliquer. C SOLIDE IONIQUE (temps conseillé : 30 mn) Des pastilles d iodure de potassium (K +,I ) sont stockées afin d être distribuées aux habitants vivant près d une centrale nucléaire en cas d accident nucléaire majeur. Les ions I saturent la glande thyroïde en iode empêchant ainsi la fixation par celleci de l iode 131 radioactif, potentiellement générateur de cancers. C1) Les rayons ioniques des ions K + et I sont respectivement 138 et 220 pm. Où se placent les ions K + dans la structure cubique faces centrées (CFC) formée par les ions I? On complètera le schéma cidessous et l on justifiera avec précision sa réponse. Justification : cations anions 4/6
C2) Déterminer le nombre de groupements formulaires par maille élémentaire; on justifiera son calcul. C3) Calculer le paramètre de maille de KI ainsi que sa masse volumique. C4) La valeur expérimentale du paramètre de maille, a, est égale à 707 pm. Ce résultat estil en accord avec le modèle des sphères rigides? On justifiera sa réponse. D STEREOCHIMIE (temps conseillé : 20 mn) D'un point de vue médical, les composés biologiques de l'iode les plus importants dans la physiologie humaine sont les hormones thyroïdiennes : la thyroxine (T 4 ) et la triiodothyronine (T 3 ). Thyroxine (hormone T 4 ) Triiodothyronine (hormone T 3 ) 5/6
D1) Déterminer le nombre de carbones asymétriques de la thyroxine (hormone T 4 ). D2) Donner l ordre de priorité selon les règles de Cahn, Ingold et Prelog des substituants situés sur le carbone portant la fonction NH 2. En déduire la configuration absolue de ce carbone. D3) Peuton prévoir de ce qui précède le pouvoir rotatoire (dextrogyre/levogyre) de la thyroxine T 4 représentée cidessus? D4) Le citral (C 10 H 16 O), constituant majeur de l'huile de citronnelle, possède deux stéréoisomères : le néral et le géranial. A B Sachant que le géranial est de configuration E, de quelle molécule (A ou B) s agitil? On justifiera sa réponse en donnant l ordre des substituants sur la double liaison responsable de cette stéréoisomérie. Données : Masses Molaires : M(K) = 39,1 g.mol 1 M(I) = 126,9 g.mol 1 Electronégativités : χ H = 2,20 χ O = 3,44 χ F = 3,98 χ K = 0,82 χ I = 2,66 (Pauling) Constante de Planck : h = 6,63 10 34 J.s Charge de l'électron : e = 1,60 10 19 C Vitesse de la lumière dans le vide : c = 3,00 10 8 m.s 1 Constante d'avogadro : N A =6,02 10 23 mol 1 1 ev = 1,60 10 19 J 6/6