Sujet

9/10/2015
Devoir surveillé de physique chimie n°1
Exercice I Le fluor (APP, REA) – 4,5 points
La charge électrique du noyau d’un atome de fluor 19F est Q = 1,44 x 10-18 C.
1- Détailler les constituants de l’atome de fluor en justifiant clairement.
2-a- Exprimer la masse de l’atome de fluor en fonction des données.
2-b- Calculer sa masse.
2-c- Quelle approximation a été faite pour ce calcul ?
Données.
Charge élémentaire : e = 1,60 x 10-19 C.
Masse du nucléon : mnu = 1,67 x 10-27 kg.
Masse de l’électron : me = 9,11 x 10-31 kg.
Exercice II Mesure de la vitesse de la lumière (APP, ANA, VAL) – 4 points
En 1676, l’astronome danois Ole Rømer étudie les éclipses de Io, le plus proche satellite de
Jupiter, et mesure les temps de retard ou d’avance de ces éclipses en fonction de la position
de la Terre.
1- Expliquer pourquoi l’éclipse de Io est observée avec un certain retard quand la Terre est en
position B.
2- Rømer estime qu’il faut 22 minutes à la lumière pour parcourir la distance entre les
positions A et B de la Terre. A cette époque la valeur du rayon de l’orbite terrestre est
estimée à 140 millions de kilomètres. Déterminer la valeur de la vitesse de la lumière trouvée
par Rømer.
3- Commenter le résultat en comparant l’ordre de grandeur de cette mesure avec celui de la
valeur actuelle.
Exercice III L’iode sous toutes ses formes (APP, COM) – 6,5 points
L’iode, un élément nécessaire à notre organisme, est apporté par l’alimentation (poissons,
crustacés, lait, etc.). Parfois utilisé lors d’examens médicaux, il peut s’avérer dangereux. Dans
tous les cas, il est fixé par une glande appelé thyroïde.
Quels sont les effets des différentes formes de l’iode ?
Le numéro atomique de l’iode est
Z = 53. L’iode 123 et l’iode 131
(A = 123
respectivement)
noyaux
A = 131
et
sont
radioactifs :
des
ils
se
transforment spontanément en
d’autres noyaux émettant des
rayons gamma de haute énergie,
très dangereux pour la santé si
les
doses
limites
sont
dépassées.
Les rayons gamma pénètrent
dans
l’organisme
endommagent
les
et
cellules,
provoquant des cancers ou des
malformations fœtales.
La thyroïde est une glande en forme de papillon,
située à la base du cou. Elle fixe l’iode et secrète
des hormones essentielles pour le fonctionnement du
corps humain.
Une carence en iode peut provoquer l’apparition de
nodules, masses qui se forment sur la glande. Ces
nodules peuvent être détectés par scintigraphie.
Pour cela, on injecte au patient une solution ionique
d’iodure de sodium qui contient un isotope radioactif
instable de l’iode. Au cours du temps, cet isotope se
transforme en un autre isotope de l’iode, en
émettant un rayonnement qui est enregistré à l’aide
d’une Gamma caméra.
Si l’isotope instable utilisé est l’iode 123, l’image
peut être prise 15 min après l’injection. Une zone
fixant mal l’iode, telle un nodule est colorée
Document 1 L’élément iode.
différemment sur l’image du reste de la glande
[document 3].
Document 2 Principe de la scintigraphie.
L’autorité de sûreté nucléaire (ASN) assure, au nom
de l’Etat français, le contrôle de la sûreté nucléaire
et de la radioprotection en France pour protéger les
travailleurs, les patients, le public et l’environnement
des risques liés à l’utilisation du nucléaire. Elle
contribue à l’information des citoyens.
L’ASN propose des comprimés d’iodure de potassium
aux habitant résidant dans un rayon de 10 km autour
des centrales nucléaires françaises. L’iode présent
dans les comprimés est un isotope stable, il s’agit
essentiellement de l’isotope 127. Ces comprimés
Document
3
Une
scintigraphie de la thyroïde.
doivent être avalés uniquement en cas de fuite d’iode
radioactif dans l’atmosphère. La prise des comprimés
permet de fixer l’iode non radioactif sur la thyroïde,
à la place d’iode radioactif comme l’isotope 131.
Document
4
L’iode
131
et
l’iode
1-a- Donner la représentation symbolique de chaque noyau d’iode cité dans les documents.
127.
1-b- Comment ces noyaux sont-ils appelés ?
2- Sous quelle forme (atome ou ion) l’iode se trouve-t-il dans la solution injectée au patient
lors d’une scintigraphie de la thyroïde ?
3- L’ion iodure est un ion porteur d’une charge négative. Quelle est sa formule ?
4-a- Pourquoi l’iode radioactif est-il dangereux ? Que peut-on dire des doses injectées au
patient lors d’une scintigraphie de la thyroïde ?
4-b- La scintigraphie représentée sur la photographie révèle-t-elle la présence d’un nodule ?
5- Pourquoi donne-t-on des comprimés d’iode 127 aux habitants proches des centrales
nucléaires ?
Exercice IV Histoires de microscopes. (APP, ANA) – 5 points
Le microscope optique, mis au point par Robert Hooke (1660), a joué un rôle dans la
découverte des bacilles de la tuberculose et du choléra (vers 1880). Mais ce type de
microscope ne permet pas de distinguer des détails de dimensions inférieurs à 0,2 µm. L’image
d’un virus (100 nm) fut obtenue la première fois en 1931 grâce au microscope électronique
fabriqué par Ernst Ruska.
Des détails de 0,1 nm à la surface d’un matériau sont aujourd’hui observables à l’aide d’un
microscope à effet tunnel (1981) ou d’un microscope à force atomique (1986).
Doc. 1 Quelques objets de l’Univers
0,2 mm
100 nm
1 fm
3 µm
0,1 nm
Doc.2 Quelques longueurs
Proposer une méthode pour :
1- Retrouver la dimension de chaque objet ;
2- Associer à chaque objet le type de microscope adapté.
3Mettre
en
application
les
méthodes
proposées.