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Première S www.sciencesphysiques.info Devoir de Sciences Physiques n°4 Page 1 / 2 Cristal ionique de Chlorure de sodium (NaCl) Devoir de Sciences Physiques nÀ4 L’épreuve dure 1 heure. L’usage de la calculatrice est autorisé. La notation tiendra compte de la qualité de la rédaction, du respect des notations, des chiffres significatifs et de l’orthographe. Exercice I : noms et formules de quelques composés ioniques 1. Donne la formule chimique des solides ioniques constitués : - d’ions potassium K+ et d’ions iodure I– - d’ions cuivre Cu2+ et d’ions nitrate NO3 – - d’ions sodium Na+ et d’ions permanganate MnO4 - - d’ions fer (III) Fe3+ et d’ions sulfate SO4 2- 2. Le nom d’un solide ionique étant constitué du nom de l’anion suivi de la préposition « de » et du nom du cation, donne le nom de chacun des solides ioniques précédents. Exercice II : cohésion d’un cristal ionique et dissolution Partie A : étude de la structure cristalline ionique du sel Le chlorure de sodium, appelé « sel » en cuisine, a pour formule chimique NaCl et n’est ni atomique ni moléculaire. Il s’agit d’un cristal ionique, c’est-à-dire d’un solide constitué d’ions sodium Na+ et d’ions chlorure Cl- Sa formule chimique NaCl indique qu’il y a, dans le cristal, une proportion de « un ion sodium » pour « un ion chlorure ». Comme tout cristal, il est globalement neutre. Sa structure ionique est dite « cubique face centrée ». 1. Donne la composition de chacun des deux ions formés à partir des atomes Na 23 11 et Cl 35 17 . 2. Calcule la masse de chacun des deux ions. On notera ces deux masses + Na m et − Cl m . 3. Calcule la charge électrique globale portée par chaque ion. On les notera + Na q et − Cl q . Interactions : les ions sont répartis dans un cristal ionique selon un empilement ordonné très strict. Ici, les ions chlorure Cl- sont aux sommets de cubes contigus d’arête « a » et aux centres de chaque face de ce cube. Les ions sodium Na+ sont aux milieux de chaque arête et au centre de chaque cube. Si l’on représente cette structure dans le plan, on obtient l’organisation suivante : 4. Sachant que a = 564 pm, calcule la distance entre un ion chlorure et un ion sodium voisin, notée dNa-Cl. 5. Calcule la valeur de l’interaction électrique entre ces deux ions. Indique si cette interaction est attractive ou répulsive. Justifie. 6. Calcule la force d’interaction gravitationnelle qui s’exerce entre ces deux mêmes ions. Conclus sur la nature de l’interaction qui assure la cohésion du cristal. 7. Le cristal de chlorure de sodium peut exister à l’état solide et à l’état liquide. Prévois, en justifiant succinctement, si sa température de fusion est basse ou élevée. Données : mnucléons = 1,67.10-27 kg ; e = 1,6.10-19 C k = 9,0.109 SI ; G = 6,67.10-11 SI a = 564 pm = 5,64.10-10 m Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Na+ Na+ Na+ Na+ Première S www.sciencesphysiques.info Devoir de Sciences Physiques n°4 Page 2 / 2 Partie B : dissolution du sel dans l’eau 1. La molécule d’eau est polaire. Celles constituant les huiles sont apolaires. A partir de tes connaissances, explique rapidement pourquoi ? (on rappelle que les huiles, comme tous composés organiques, sont essentiellement composées de carbone et d’hydrogène). 2. Bien qu’ayant une très forte cohésion comme l’étude précédente l’a montré, le cristal de chlorure de sodium se dissout très rapidement dans l’eau. Explique brièvement. Exercice III : fusion de l’hydrogène dans le soleil Le Soleil s'est formé il y a 4,6 milliards d'années. Il a aujourd'hui une masse de 2,0.1030 kg. On estime que seul le cœur du Soleil, dont la masse représente 10% de la masse totale du Soleil, est assez chaud pour que s'y déroule la fusion nucléaire. La puissance rayonnée par le Soleil est de 3,9.1026 W, ce qui signifie que chaque seconde, l'énergie rayonnée par le Soleil est de 3,9.1026 J : les réactions de fusion qui se déroulent au cœur du Soleil transforment de l'hydrogène 1 en hélium 4 et génèrent ainsi de l'énergie, selon la fameuse relation « masse – énergie » d'Einstein. Données Masse du noyau d’hydrogène : mH = 1,00728 u Masse du noyau d’hélium : mHe = 4,00260 u Masse de la particule « e » : me = 0,00055 u Unité de masse atomique : 1 u = 1,66.10-27 kg Célérité de la lumière : C = 3,00.108 m.s-1 Valeur de l’électron volt : 1 eV = 1,6.10-19 J Masse de la Terre : MT = 5,98.1024 kg La fusion thermonucléaire des protons dans le Soleil produit des noyaux d’hélium suivant la réaction globale d’équation : e x He H 4 0 1 4 2 1 1 +  →  1/ Etude de l’équation de la réaction de fusion : 1a/ Que représente le symbole « e » dans l’équation ? 1b/ Détermine la valeur de « x » en énonçant la loi utilisée. 2/ Calcul du nombre de noyaux d’hydrogène qui fusionnent à chaque seconde dans le Soleil : 2a/ Calcule, en u puis en kg, la perte de masse correspondant à la réaction de fusion. 2b/ Rappelle la relation « masse – énergie » et précise les unités des grandeurs. 2c/ Calcule, en Joules, l’énergie libérée par la fusion de quatre noyaux d’hydrogène en hélium ? 2d/ A partir de ce résultat et des informations du texte, montre que le nombre de noyaux d’hydrogène qui fusionnent à chaque seconde est de l’ordre de la centaine de milliard de milliard de milliard de milliard ! 3/ Perte de masse du Soleil : 3a/ Quelle masse le soleil a-t-il perdue depuis qu’il rayonne ? 3b/ Combien de masses terrestres cela représente-t-il ? 3c/ Quel pourcentage de sa masse actuelle cela représente-t-il ? uploads/Finance/ 1s2014-ds04enonce.pdf