Macro au Micro

Exercice n°13 P 49 : Des atomes précieux.

Dans la notation $_Z^AX$ :

Z représente le nombre de protons, c'est aussi le nombre d'électrons (neutralité électrique de l'atome).

A représente le nombre de neutrons, c'est le nombre de protons et de nucléons dans le noyau.

Exercice n°14 P 49 : A propos du soufre.

$_{14}^{32}S$

1.Le numéro atomique de l'atome de soufre est 16. Son noyau contient donc 16 protons. L'atome est électriquement neutre, il comporte donc aussi 16 électrons.

2.Le numéro atomique de l'atome de soufre est 16. Son noyau contient donc 16 protons. Son nombre de masse vaut 32, ce qui correpond au nombre de nucléons (protons et neutrons). Il possède donc 32+16 = 16 neutrons.

3.La grandeur de l'atome est de l'ordre de l'angstöm ($\overset{ o }{ A} $). 1 $\overset{ o }{ A} \ = \ 10^{ \ 10} \ m$

Exercice n°15 P 49 : Un si petit noyau.

1.$\dfrac{D_{epingle}}{D_{arenes}} \ = \ \dfrac{1 \ times 10^{ \ -3}}{100} \ = \ 10^{ \ -5}$

Ou encore $\dfrac{D_{arenes}}{D_{epingle}} \ = \ \dfrac{100}{1 \ times 10^{ \ -3}} \ = \ 10^{ \ 5}$

2.En conservant ce ration, la taille du noyau de l'atome d'hydrogène serait : $D_{noyau} \ = \ 10^{ \ -5} \times 1.10^{ \ -10} \ = 10^{ \ -15} \ m \ = \ 1 \ fm$

3.L'atome est essentiellement constitué de vide.

Exercice n°16 P 49 : Combustible nucléaire.

1.La notation de l'atome d'uranium est $_{92}^{235}U$

$\bullet$ Le numéro atomique de l'atome est $Z \ = \ 92$ est donc constitué de 92 protons.

$\bullet$ L'atome est électriquement neutre, il contient donc autant d'électons : 92.

$\bullet$ Le nombre de masse de l'atome d'uranium est $A \ = \ 235$. Ce nombre correspond à la totalité des nucléons contenus dans son noyau (protons + neutrons). Il contient donc $235 \ - \ 92 \ = \ 143$ neutrons.

2a.La masse du noyau est : $m_{noyau} \ = \ 235 \ \times 1,67.10^{ \ -27} \ = \ 3,92(45).10^{ \ -25} \ kg$

2b.La masse de l'atome est : $m_{atome} \ = \ m_{noyau} \ + \ m_{electrons} \ = \ 3,9245.10^{ \ -25} \ + \ 92 \times 9,11.10^{ \ -31} \ = \ 3,92(53).10^{ \ -25} \ kg $

3.$\dfrac{m_{electrons}}{m_{atome}} \ = \ \dfrac{92 \times 9,11.10^{ \ -31}}{235 \ \times 1,67.10^{ \ -27}} \ = \ 2,14.10^{ \ -4}<< 1$

La masse du cortège électronique est négligeable devant celle de l'atome.

Exercice n°17 P 49 : Isotopie.

1.Deux noyaux sont dits "isotopes" s'ils contiennent le même nombre de protons (même élément).

2a.Dans le tableau ci-dessus, on trouve 3 atomes de numéro atomique $Z \ = \ 8$. L'atome d'oxygène a donc 3 isotopes.

2b.Les isotopes de l'atome d'oxygène sont :

$\bullet$ L'oxygène 17, $_8^{17}O$ dont le noyau contient $Z=8$ protons et $A-Z=17-8=9$ neutrons et $Z=8$ électrons.

$\bullet$ L'oxygène 16, $_8^{16}O$ dont le noyau contient $Z=8$ protons et $A-Z=16-8=8$ neutrons et $Z=8$ électrons.

$\bullet$ L'oxygène 18, $_8^{18}O$ dont le noyau contient $Z=8$ protons et $A-Z=18-8=10$ neutrons et $Z=8$ électrons.

3a.Dans le tableau ci-dessus, on trouve 2 atomes de numéro atomique $Z \ = \ 17$. L'atome de chlore a donc 2 isotopes.

3b.Les isotopes de ll'atome de chlore sont :

$\bullet$ Le chlore 35, $_{17}^{35}Cl$ dont le noyau contient $Z=17$ protons et $A-Z=35-17=18$ neutrons et $Z=17$ électrons.

$\bullet$ Le chlore 37, $_{17}^{37}Cl$ dont le noyau contient $Z=17$ protons et $A-Z=37-17=20$ neutrons et $Z=17$ électrons.

Exercice n°27 P 51 : Du microscopique au macroscopique.

1.Dans une mole d'entités chimiques, on trouve $\mathscr {N}_a$ entités chimiques.

Pour une quantité de matière n (n moles), on trouvera $N \ = \ n \ \times \mathscr {N}_a$ entités chimiques

2.

Exercice n°28 P 51 : Combien de carbone.

$m \ = \ 6,0 \ g$ et $m_{atome} \ = \ 2,0.10^{ \ -26} \ kg$

1.$N=\dfrac{6,0.10^{ \ -3}}{2,0.10^{ \ -26}} = \dfrac{6,0}{2,0} \ \times \dfrac{10^{ \ -3}}{10^{\ -26}} \ = \ 3,0 \ \times 10^{ \ 23}$ atomes

2.$n=\dfrac{N}{\mathscr {N}_a} = \dfrac{3,0.10^{ \ 23}}{6,02.10^{ \ 23}} \ = \ 0,5 \ mol$

Exercice n°29 P 51 : La masse du fer.

$m \ = \ 140 \ g$ et $n \ = \ 2,5 \ mol$

1.$N \ = \ n \times \mathscr {N}_a \ = \ 2,5 \times 6,02.10^{ \ 23} \ = 15,0.10^{ \ 23} \ atomes$.

2.$m_{atome} \ = \ \dfrac{m}{N} \ = \ \dfrac{140}{15,0.10^{ \ 23}} \ = \ 2,33.10^{ \ -22} \ g$.

Exercice n°30 P 51 : Grains de sel.

1.Le chlorure de sodium $NaCl_{(s)}$ est constitué d'autant d'ions sodium $Na^{ \ +}$ que d'ions chlorure $Cl^{ \ -}$ (électronégativité de la matière.

On trouve donc $N \ = \ \dfrac{24.10^{ \ 23}}{2} \ = 12.10^{23}$ ions de chaque espèce.

2.La quantité de matière correspondante est : $n \ = \ \dfrac{N}{\mathscr {N}_a} \ = \ \dfrac{12.10^{ \ 23}}{6,02.10^{ \ 23}} \ = \ 4,0 \ mol$ d'ions chlorure et d'ions sodium.

3.La d'ions sodium est : $m \ = \ 12.10^{23} \ times 6,2.10^{ \ -26} \ = 7,44.10^{ \ -2} \ kg \ = 74,4 \ g$

Exercice n°32 P 52 : Diverses facettes de l'azote.

1.Le numéro atomique est $Z=7$, ce qui signifie que le noyau contient 7 protons et que le nuage électrique contient 7 électrons (éléctronégativité de l'atome). Donc : $m{cortège} \ = \ 7 \ \times 9,11.10^{ \ -31} = 6,38.10^{ \ -30} \ kg$/p>

2.Pour l'azote 14 : $_{7}^{14}N$, le nombre de nucléons est $N=14$ la masse du noyau est donc :$m' \ = \ 14 \times 1,67.10^{ \ -27} \ = \ 2,34.10^{ \ -26} \ kg$/p>

3.La masse de l'atome d'azote 14 est donc : $m_{atome} \ = \ m \ + \ m' \ = 2,34.10^{ \ -26} kg$.

La masse de l'atome d'azote 14 est donc égale à celle de son noyau.

Exercice n°28 P 73 : Bienfaits des agrumes.

1.La formule brute de l'acide ascorbique est $C_6H8O_6$, une molécule d'acide ascorbique contient donc 6 atomes de carbone, 8 atomes d'hydrogène et 6 atomes d'oxygène.

La masse d'une molécule d'acide ascorbique est : $m_{acide} \ = \ 6 \times m_C \ + \ 8 \times m_H \ + 6 \times m_O \ = \ 2,92.10^{ \ -22} \ g$

2.La formule brute de l'acide ascorbique est $C_6H_8O_6$, une molécule d'acide ascorbique contient donc 6 atomes de carbone, 8 atomes d'hydrogène et 6 atomes d'oxygène.

Dans les 75 mg d'acide ascorbique, il y donc : $N \ = \ \dfrac{75.10{ \ -3}}{2,92.10^{ \ -22}} \ = \ 2,57.10^{ \ 20}$ molécules d'acide ascorbique.

Exercice n°43 P 55 : Le lithium.

1.La configuration électronique du Lithium est $1s^2 \ 2s^1$, l'atome possède donc $2+1=3" électrons. Le noyau possédant aussi 3 protons (Z=3), les charges de l'électron et du proton étant opposées, la charge de l'atome est nulle.

7.La masse du noyau a pour valeur : $m_{noyau} \ = \ 7 \times m_{nu} \ = \ 7 \times 1,67.10^{ \ -27} \ = \ 1,17.10^{ \ -26} \ kg$.

La masse du nuage électronique a pour valeur : $m_{nuage} \ = \ 3 \times m_{e} \ = \ 3 \times 9,11.10^{ \ -31} \ = \ 2,73.10^{ \ 30} \ kg$.

$\dfrac{m_{noyau}}{m_{nuage}} \ = \ \dfrac{1,17.10^{ \ -26}}{2,73.10^{ \ 30}} \ = \ 4277$.

Le noyau est 4277 fois plus lourd que le nuage électronique.

Exercice n°45 P 56 : L'aluminium.

1a.La masse de l'atome d'aluminium a pour valeur : $m_{1} \ = \ m_{noyau} \ + \ m_{nuage} \ = \ 27 \times \ 1,67.10^{ \ -27} \ + \ 13 \times 9,11.10^{ \ -31} \ = \ 4,5102.10^{ \ -26} \ kg$

1b.La masse du noyau de l'atome d'aluminium a pour valeur : $m_{2} \ = \ m_{noyau} \ = \ 27 \times \ 1,67.10^{ \ -27} \ = \ 4,5109.10^{ \ -26} \ kg$

1c.L'écart relatif entre ces deux masse est :$\Delta m \ = \ \dfrac{4,5102.10^{ \ -26}-4,5109.10^{ \ -26}}{4,5102.10^{ \ -26}} \ = \ 99,97 \%$

1b.L'écart relatif est quasiment égal à 100%. La masse de l'atome est contenue dans le noyau.

2.La quantité de matière hebdomadaire est $n \ = \ 3,68.10^{ \ -5} \ mol$ par kg.

Pour une presonne de 70 kg, le d'atomes correspondant est $N = 70 \times \ \mathscr {N}_a \times n \ = \ 70 \times \ 6,02.10^{ \ 23} \times 3,68.10^{ \ -5} \ = \ 1,55.10^{ \ 21} \ atomes$

3.La masse correspondante est : $M_{semaine} \ = \ m_1 \times N \ = \ 4,51.10^{ \ -26} \times \ 1,55.10^{ \ 21} \ = \ 6,99.10^{ \ -5} \ kg $

4.La masse précédente exprimée en mg est : $M_{semaine} \ = \ 6,99.10^{ \ -5} \times 10^{ \ 6} \ = \ 70 mg$

Soit : $70/70 = 1,0 \ mg/semaine$

Exercice n°31 P 74 : La charge des ions Zinc.

1.Les ions bromure $Br^{ \ -}$ étant chargés négativement, pour assurer la neutralité de la solution, les ions zinc doivent être chargés positivement.

2.Le nombre d'ions bromure $Br^{ \ -}$ est :$N_{Br} \ = \ \dfrac{27,9}{1,33.10^{ \ -22}} \ = \ 2,10.10^{ \ 23}$

Le nombre d'ions zonc est :$N_{Zn} \ = \ \dfrac{11,4}{1,09.10^{ \ -22}} \ = \ 1,05.10^{ \ 23}$

3.Le rapport de ces deux quatités est : $N \ = \ \dfrac{2,10.10^{ \ 23}}{1,05.10^{ \ 23}} \ = \ 2$

Il y a deux fois plus d'ions bromure que d'ions zinc. Pour respecter la neutralité de la solution, les ions zinc doivent être le double de celle des ions bromures.

Ceux-ci possédant une charge négative, les ions zinc doivent porter deux charges positives.

La formule de l'ion zinc est donc : $Zn^{ \ 2+}$