La notion d`élément chimique (correction)

Seconde – Sciences Physiques et Chimiques Activité 6
1ère Partie : La santé – Chapitre 3 Correction
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La notion d’élément chimique (correction)
Le stérilet est un dispositif intra-utérin que 160
millions de femmes dans le monde ont choisi
comme moyen de contraception. Il en existe deux
types : stérilet au cuivre et stérilet hormonal
(progestatifs). Le premier contient une partie en
cuivre métallique qui se transforme lentement en
ions cuivre. Outre la présence d’un corps étranger
dans l’utérus, créant une réaction inflammatoire
empêchant la nidation de l’œuf fécondé, les ions
cuivre – même à dose infinitésimale – agissent
comme un toxique des spermatozoïdes et de l’œuf.
Que se passe-t-il au niveau microscopique lors de
la transformation du cuivre métal en ions cuivre ?
Le cuivre métal est constitué de deux types d’atomes (isotopes), qui se transforment en ions. Le
tableau suivant montre que la seule caractéristique qui ne change pas dans toutes les formes de
cuivre est le nombre de protons. Toutes les entités (atomes ou ions, isolés ou au sein de molécules)
qui possèdent ce même nombre de protons sont constitués de l’élément chimique cuivre.
Nombre de
protons
Nombre de
neutrons
Nombre
d’électrons
Symbole du
noyau
symbole
Métal cuivre :
isotope 63 29 34 29 63
29
Cu
63
Cu
Métal cuivre :
isotope 65 29 36 29 65
29
Cu
65
Cu
Ion cuivre :
isotope 63 29 34 27 63
29
Cu
63 2
Cu
Ion cuivre :
isotope 65 29 36 27 65
29
Cu
65 2
Cu
La conservation de l’élément cuivre au cours de sa transformation dans l’utérus est une notion qui se
retrouve dans toutes les transformations chimiques. Elle permet de comprendre, par exemple, que les
épandages d’ions cuivre, pour protéger les cultures, posent problème. Quelle que soit la forme sous
laquelle le cuivre est présent dans les champs – sulfate de cuivre, CuSO4; hydroxyde de cuivre,
Cu(OH)2… –, l’élément chimique cuivre ne disparaît pas.
Remarque : La maxime « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme » est attribuée à Antoine-
Laurent Lavoisier (1794), souvent considéré comme le père de la chimie moderne. Il est le premier à
expliquer clairement la synthèse de l’eau et la composition de l’air. Toutefois, cette phrase est
d’Anaxagore de Clazomènes, qui l’avait employée bien avant notre ère pour parler de la
conservation de l’énergie…

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Un exemple au laboratoire
L’organisme humain a besoin d’un apport journalier de 1 mg à 2 mg de cuivre par jour : il s’agit d’un
oligo-élément.
Quels sont les éléments chimiques les plus abondants
qui interviennent dans l’alimentation humaine ?
La quasi-totalité des molécules de l’alimentation renferme
l’élément carbone (C), l’élément oxygène (O), l’élément
hydrogène (H) et l’élément azote (N).
Plongée dans l’acide nitrique concentré, une pièce de 10
centimes d’euros se dissout. L’alliage (ou or) nordique
dont elle est constituée comporte en masse 89 % de cuivre,
5 % d’aluminium, 5 % de zinc et 1 % d’étain. On peut le
vérifier par dosage (ci-contre, un dosage par échelle de
teintes).
Dimensions de la pièce : 19,75 mm de diamètre, 1,51 mm d’épaisseur (soit V = 462,6 mm3)
Masse de la pièce : 4,1 g
Calculer une 1ère valeur de la masse volumique de la pièce.
3
3 3
2
3
3
4,1.10
8, 9.10 .
²19,75.10 1, 5 1.10
2
m m
kg m
V r h
On donne la densité du cuivre (8,93), de l’aluminium (2,56), du zinc (6,87), de l’étain (7,30).
En pondérant par les pourcentages massiques, donner une 2ème valeur de la masse volumique de
la pièce.
0,89 8, 93 0,05 2,56 0,05 6,87 0,01 7,30 8, 5
d
On ne trouve pas la masse volumique estimée… Pourquoi ??
L’alliage formé est en fait une nouvelle espèce chimique, au sein de laquelle les différents éléments ne sont pas
sous forme métallique pure et simple : du fait de la façon intime dont les métaux se combinent pour donner
l’alliage, sa masse volumique diffère de la moyenne pondérée des masses volumique des métaux qui le
constituent.
Cu2+(aq)
Cu(OH)2(s) Cu(s)
CuO(s)
action de l’acide nitrique ou
des ions peroxodisulfate
a
ction
de la soude
action du chauffage
(déshydratation)
action du carbone
graphite C(s)

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Remarque
Les pièces de 1 à 5 centimes sont faites d’acier recouvert de cuivre ; celles de 1 et 2 euros sont en alliages de
cuivre, de nickel et de zinc.
Les pièces de 1, 2 et 5 centimes d’euro sont en acier recouvert d’une fine couche
de cuivre. Certaines de ces pièces ont une belle couleur cuivrée brillante alors
que d’autres sont ternes, leur couleur étant assombrie par la présence d’un
oxyde de cuivre (CuO). Trempée dans l’acide chlorhydrique, l’oxyde se
transforme en ions Cu2+ et la couleur brillante du cuivre est restituée.