Problème de chimie : Autour du mercure

2°6 Devoir de Sciences physiques n°5
Exercice 1 de chimie : (7 points) Autour du mercure
Données : Masses du proton et du neutron : mp = mn =1,7.10 -27 kg
Masse de l’électron : me- = 9,1.10 -31 kg
Charge élémentaire : e = 1,6. 10-19 C
Volume d’une sphère de rayon r :
3
3
4rV
; On rappel que 1L = 10-3m3
Le argent est un métal gris et liquide caractérisé par le symbole Ag et Z=47.
1. a) Comment appelle-t-on Z ?
b) Que représente-t-il ?
2. Un atome de argent possède A = 108.
a) Donner la représentation symbolique du noyau de cet atome.
b) Indiquer la composition de cet atome.
c) Calculer la charge Q du noyau de cet atome.
d) Calculer la masse m d’un atome de argent de formule Ag.
e) Calculer le volume en m3 de cet atome sachant que son rayon est r = 0,100 nm.
f) Calculer la masse volumique d’un atome de argent et exprimer le résultat en kg.m-3.
3. La charge d’un ion argent est égale à +e.
a) Ecrire la formule de cet ion.
b) Donner la composition de cet ion argent
c) Peut-on dire que l’atome de argent et l’ion argent ont sensiblement la même masse ? Justifier.
Exercice n°2 de Chimie ( 4 points):
1. Noyaux et atomes
Donner la composition des atomes représentés ci-dessous (noyau et électrons), ainsi que leur structure électronique. On expliquera sur
l’exemple de l’hélium.
, , ,
2. Isotopes :
Cette liste contient-elle des isotopes ? Si oui lesquels ? Justifier.
3. Classification :
Cette liste contient-elle des atomes qui sont dans la même colonne de la classification périodique des éléments ? Si oui lesquels ? Quel est le
principe de la classification périodique des éléments ?
4. Ions
Donner la structure électronique des ions ci-dessous, en expliquant le raisonnement sur l’ion chlore :
, ,
Exercice n°3 de Physique : (3 points)
1°) Pour traîner un tronc d'arbre, un tracteur exerce sur le câble de traction une force, de direction horizontale, de valeur F = 5 000 N.
a) Représenter cette force en prenant 1 cm pour 1 000 N .
b) Préciser la position du tracteur et celle du câble.
2°) Une boule pèse 60 N.
a) Représenter la boule et la force appelée poids de la boule. Prendre 1 cm pour 40 N.
b) Donner les caractéristiques de cette force.
Exercice n°4 de Physique ( 6 points) :
Dans un véhicule se déplaçant sur une voie horizontale, un expérimentateur teste un
dispositif constitué par un tube de verre horizontal fixé à l'habitacle et contenant un
cylindre métallique pouvant glisser sans frottements à l'intérieur de ce tube (voir figure
ci-contre).
1°) Le véhicule roule à vitesse constante dans le sens indiqué par la flèche sur la figure : le cylindre est immobile au milieu du tube.
a) Quelle est la nature du mouvement : ) du véhicule par rapport à la route ? ) du cylindre par rapport au tube ?
b) Quelles sont les forces agissant sur le cylindre ?
c) Quelle relation existe-t-il entre celles-ci ?
2°) Le véhicule accroît sa vitesse (on dit qu'il accélère).
a) Les forces agissant sur le cylindre changent-elles ?
b) Quelle est la particularité du mouvement du cylindre par rapport à la voie ?
c) Le cylindre change-t-il de position dans le tube ? Si oui, préciser.
3°) Que se serait-il produit si la vitesse du véhicule avait diminué ?
4°) Interpréter les sensations d'un passager sur son siège dans une automobile lors d'une accélération ou d'une décélération.
5°) Pourquoi y a-t-il un risque lors du freinage d'un poids lourd transportant une citerne partiellement remplie ?

Correction :
Exercice 1 : Autour du argent
Le mercure est un métal gris et solide caractérisé par le symbole Ag et Z=47.
a) Z est le numéro atomique.
b) Il représente le nombre de protons présents dans le noyau.
1. Un atome de mercure possède A = 108.
a) La représentation du noyau de cet atome est
Hg
200
80
.
b) Cet atome est composé de 80 protons, 120 neutrons et 80 électrons.
c) Charge Q du noyau de cet atome :
Q= 80.e = 801,6. 10-19 C = 1,3. 10-17 C
d) Masse m d’un atome de mercure de formule Ag :
m = 200. mn = 2001,7.10 -27 kg = 3,4.10 -25 kg
e) Volume en m3 de cet atome:
3
3
4rV
= 4/3  3.1416  (0,150.10-9)3 = 1,06.10-29 m3
f) Calculons le rapport entre la masse et le volume d’un atome de mercure : 3,4.10 -25 kg / 1,4.10-29 m3 =
2,4.104 kg.m-3.
2. La charge d’un ion mercure est égale à +2e.
a) Formule de cet ion : Ag2+
b) Composition de cet ion mercure : 80 protons, 120 neutrons et 78 électrons.
c) On peut dire que l’atome de mercure et l’ion mercure ont sensiblement la même masse car la masse
d’un électron est inférieure de quatre ordre grandeur à celle d’un nucléon ; elle est donc négligeable.
Exercice 2 :
1. Noyaux et atomes
He
4
2
Be
9
4
N
14
7
He
4
2
: (K)2
atome
noyau
P
2
4
7
Be
9
4
: (K)2 (L)2
n
2
5
7
N
14
7
: (K)2 (L)5
électrons
2
4
7
2. Ions
4 - 2 = 2 électrons (K)2
11 – 1 = 10 électrons (K)2 (L)8
16 + 2 = 18 électrons (K)2 (L)8 (M)8
Exercice n°3 de Physique : parachute
1. L'ensemble est soumis à une autre force car le parachutiste et son parachute
ont un mouvement rectiligne et uniforme dans le référentiel d'observation
qui est terrestre. D'après le principe de l'inertie, les forces exercées sur
l’ensemble se compensent. Il existe donc une force qui compense le poids :
c’est l’action de l’air.
2. c’est l’action de l’air qui compense le poids : elle est donc opposée à ce
dernier, dont les caractéristiques sont :
o Point d’application : le centre de la surface du parachute (approximativement)
o Direction : verticale
o Sens : vers le haut
o Intensité : la même que le poids, 980N
F

Exercice n°4 de Physique :
1- Le bus est soumis à son poids et à la réaction du sol. Il est au repos (cas particulier du mouvement rectiligne et
uniforme) dans le référentiel d'observation qui est terrestre. D'après le principe de l'inertie, le poids du bus et la
réaction du sol se compensent alors.
2- Quelques instants plus tard, le bus circule à 50 km.h-1 sur une route horizontale.
a- Le bus a un mouvement rectiligne et uniforme dans le référentiel d'observation qui est terrestre. D'après le
principe de l'inertie, les forces exercées sur le bus se compensent alors.
b- Le moteur exerce une force horizontale orientée dans le sens du mouvement. Comme nous avons vu que le
poids vertical et compensé par la réaction verticale du sol, il faut donc qu’une force horizontale orientée dans le
sens contraire au déplacement au bus compense la force horizontale exercée par le moteur. Cette force
représente l’action les frottements dus à l’air et à la route.
c- Si le moteur est coupé, la force exercée par le moteur disparaît, donc les trois autres forces ne sont plus
compensées. D’après le principe de l’inertie, le mouvement ne sera plus rectiligne uniforme (mais décéléré).
3- Le bus roule à 50 km.h-1.
a- La trajectoire d’un passager assis dans le référentiel lié au bus est un point.
b- La trajectoire d’un passager assis dans le référentiel terrestre est une droite, parallèle à la route.
4- Soudain le bus freine brusquement Lors du freinage, les forces agissant sur les passagers ne changent pas. Ils
tendent alors à poursuivre leurs mouvements rectiligne uniforme dans le référentiel terrestre, conformément au
principe de l'inertie. Les passagers se déplacent donc vers l'avant du bus au cours du freinage.