Université Cheikh Anta Diop Année 2015 / 2016 Faculté des

Université Cheikh Anta Diop
Année 2015 / 2016
Faculté des Sciences et Techniques
Département de Chimie
L 1 PCSM
Travaux Diriges Atomistique -
Série Renforcement et de Révision
Exercice 1 : Spectrographie de masse et isotopie (4 points L1PCSM Juin 2015)
1) Faire un schéma annoté et simple du spectrographe de masse de Bainbridge.
2) Expliquer le principe du filtre de vitesse. A l’aide d’un raisonnement simple, expliquez
comment ce dispositif parvient à bloquer les ions qui n’ont pas la vitesse de sélection 𝑣0
𝐸
𝐵
3) Le potassium 19, naturel possède 3 isotopes A1K (38,964 g/mol) ; A2K (39,964 g/mol) et A3K
(40,962 g/mol) Déduire de ces données la masse atomique, le nombre de masse et le nombre
de neutrons de chaque isotope
Exercice 2 Isotopie – Spectrographe de masse (PC1 2008)
A- Le chlore (Cl) naturel est un mélange de deux isotopes
35
17
Cl et
37
17
Cl . La masse molaire
atomique du chlore naturel est 35,453 g/mol et celles des isotopes de 34,9688 g/mol pour
35
17
Cl
et 36,9659 g/mol pour 37Cl. Donner :
II.1. Le nombre de protons, de neutrons et de nucléons de chaque isotope. (1pt)
II.2. Les proportions de ces isotopes dans le chlore naturel. (2pts)
B- Pour séparer ces 2 isotopes, on utilise un spectrographe de masse de type Bainbridge. Dans
la chambre d’ionisation, on forme des ions Cl2+.
II.3. Quelle doit être la vitesse des ions à la sortie du filtre de vitesses, si on veut obtenir
une séparation de leur point d’impact de 1 cm après passage dans un champ magnétique
d’intensité 0,15 Tesla. (2 pts)
II.4. Quelle est l’intensité du champ électrique dans le filtre de vitesse, si le champ
magnétique dans le sélecteur de vitesses a une intensité de 0,2 Tesla.
Exercice 3 Expérience de Millikan (PC1 2011)
Une gouttelette d’huile est en chute libre entre les armatures d’un condensateur qui n’est
pas chargé. Le rayon de cette gouttelette est de r  6,50  106 m et elle porte une charge égale
à celle de 200 électrons. Donner la direction, le sens et l’intensité du champ électrique qu’il faut
appliquer pour immobiliser la gouttelette. On néglige la poussée d’Archimède du à l’air.
Données : Masse volumique de l’huile   113,6kg / m 3 ; coefficient de viscosité de l’air
  1,824  105 kg / m  s : e = 1,602x10-19 C ;
Exercice 4 Radioactivité (2points) Juin 2015 L1PCSM
Un échantillon de sodium 24 ( 24
11𝑁𝑎 ) de période radioactive (T1 = 15h) contient comme
impureté du silicium
31
14𝑆𝑖 (T2
= 3h) . L’activité totale initiale est de A0 = 2500 désintégrations
Série Renforcement et de Révision semestre 1 2015/2016
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1
par minute (dpm). Celle-ci tombe à 300 dpm après 45 h. Quelle fraction de l’activité initiale
A02 doit être attribuée à
31
14𝑆𝑖
.
Exercice 5 : Un gramme de thorium C (212 83Bi )
a) Emetteur α donne 9,28.1020 désintégrations en 34,5mn. Quelle est sa période ?
b) Calculer le volume d’hélium dégagé en 1 heure à 0⁰ C et sous la pression atmosphérique
par 1 gramme de thorium C.
c) Sachant qu’une masse de 0,310g d’iode 12853I produit en 34,5mn le même nombre de
désintégrations qu’un gramme de thorium C, calculer la période de 128I.
Exercice 6 Spectre de l’atome d’hydrogène (6 points) Juin 2015 L1PCSM
Soumis à une différence de potentiel U de quelques volts, l’électron de l’atome d’hydrogène
passe à un niveau excité n > 1. Si l’atome absorbe ensuite un photon de longueur d’onde λa =
823,55 nm il atteint un niveau final p > n . On observe alors une désexcitation totale de l’atome
par émission d’un photon de grande fréquence, et de nombre d’onde σe=109634,12 cm-1.
1) Calculer en eV l’énergie nécessaire pour la première excitation (ΔΕ1n ).
1
2) En posant E0 = hcRH, exprimer 𝑛² = 𝑓(𝜆𝑎 ; 𝜆𝑒 ; 𝑅𝐻 )𝜆
3) Calculer la valeur de n.
4) Calculer la valeur de p et faire un diagramme d’énergie des différentes transitions.
Exercice 7. Théorie de Bohr (PC1 2003)
Si l'ion
19 8+
9𝐹 dans
son état fondamental absorbe un photon de longueur d'onde 𝜆𝑎 puis émet
un photon de longueur d'onde 𝜆𝑒 , sur quel niveau l'électron se trouve-t-il après cette émission,
dans les cas suivants ? (RH = 1,09678.107m-1) .


a)-  a  11,58 A et e  324,18 A


b)- a  12,66 A et e  81,05 A


c)-  a  11,73 A et e  11,49 A
Exercice 8 - Questions de cours 2005-06 (6pts)
Dire si ces assertions sont vraies ou fausses en le justifiant.
1- Le moment où un radioélément va se désintégrer peut être prévu avec précision.
2- Dans une réaction nucléaire le numéro atomique se conserve mais le nombre de
nucléons ne se conserve pas.
3- Les nombres 2, 8, 16, 28 sont des nombres dits magiques en chimie nucléaire.
4-
L’activité d’un échantillon radioactif est inversement proportionnelle à la période du
radioélément qu’il contient.
5- Les noyaux
30
15
32
P et 15
P sont des isobares.
6- De deux noyaux, le plus stable est celui qui a la plus grande énergie de liaison.
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