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Pour
décrire l'accumulation d'une substance dans un milieu biologique
déterminé, on utilise le facteur de bioaccumulation ( FBC) défini comme
le rapport de la concentration ou teneur en composé dans un être vivant
sur la concentration ou teneur en ce même composé dans le milieu
environnant.
Le mercure est présent sous différentes formes, à l'état métallique,
comme à d'autres degrés d'oxydation, sous forme de sulfures,
séléniures, organométalliques.
Etres vivants
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animaux marins invertébrés
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poissons marins
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plantes marines
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FBC
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105
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104 |
105 |
En moyenne, dans l'eau de mer, la concentration en élément mercure est de 0,03 µg L-1. La masse volumique moyenne de l'eau de mer est de 1030 kg m-3.
Quels sont les trois facteurs dont dépend la masse volumique de l'eau de mer
?
La masse volumique de l'eau de mer dépend de la température, de la pression et de la quantité de sel dissout.
Calculer la teneur massique moyenne ( mg / kg) en mercure dans les poissons de la mer.
Le rapport de la teneur en mercure dans un poisson
sur la teneur en mercure dans l'eau de mer est égal à 104 ;
la concentration en élément mercure est de 0,03 µg L-1 soit 0,03 µg dans 1,030 kg d'eau de mer : 0,03/1,030 = 0,0291 µg / kg d'eau de mer.
Par suite, la teneur massique moyenne en mercure dans un poisson est : 0,0291 *104 =291 µg/kg ~ 0,29 mg /kg.
Détermination de la concentration en mercure dans l'eau.
L'échantillon
contenant du mercure est décomposé dans un mélange chaud d'acide
nitrique et d'acide sulfurique pour obtenir des sels de mercure (II)
que l'on soumet ensuite à l'action des ions Sn2+.
Le mercure formé est vaporisé et détecté par le spectrophomètre
d'absorption atomique réglé à 253,7 nm. L'absorbance est directement
proportionnelle à la concentration.
Donner
la structure électronique fondamentale de valence de l'atome de
mercure, sachant qu'il se trouve dans la dernière colonne des éléments
de transition et dans la sixième période.
dernière colonne des éléments de transition, donc10 électrons sur la sous couche d (d10).
sixième période, donc les électrons de valence sont : 6s2 5d10.
Quelle
propriété physique particulière du mercure explique à la fois sa
présence dans l'atmosphère et la possibilité de travailler en
spectroscopie atomique à vapeur froide ?
La pression de vapeur saturante du mercure liquide est importante, même à faible température.
Calculer la constante d'équilibre de la réaction des ions Sn2+ avec les ions Hg2+ à 298 K. Commenter ce résultat.
On donne les potentiels standard à 298 K et à pH=0 : E°( Hg2+aq / Hg (liq)) = 0,85 V et E°( Sn4+aq / Sn2+ aq) =0,15 V.
Hg2+aq +2e- = Hg (liq) ; E1 = E°( Hg2+aq / Hg (liq)) +0,03 log[Hg2+aq].
Sn4+aq +2e- = Sn2+ aq ; E2 = E°( Sn4+aq / Sn2+ aq) +0,03 log ( [Sn4+aq] / [Sn2+ aq] ).
Hg2+aq +Sn2+ aq = Hg (liq) +Sn4+aq ; K = [Sn4+aq] / ([Sn2+ aq] [Hg2+aq])
A l'équilibre : E1 = E2 ;
E°( Hg2+aq / Hg (liq)) +0,03 log[Hg2+aq] = E°( Sn4+aq / Sn2+ aq) +0,03 log ( [Sn4+aq] / [Sn2+ aq] ).
E°( Hg2+aq / Hg (liq)) - E°( Sn4+aq / Sn2+ aq) =0,03 log K
log K = [ E°( Hg2+aq / Hg (liq)) - E°( Sn4+aq / Sn2+ aq) ] / 0,03 =(0,85-0,15) / 0,03 =23,33
K = 1023,33 = 2,15 1023 ~2,2 1023.
La constante étant très grande, la réaction est quantitative, totale : elle peut donc être utilisée pour réaliser un dosage.
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Acide sulfurique, acide nitrique, schémas de Lewis.
Afin d'amener un étudiant de première année d'étude
post-baccalauréat à écrire correctement un schéma de lewis de la
molécule d'acide nitrique HNO3 sans dénombrer les
paires d'électrons, on peut lui proposer de commencer par écrire
une structure de lewis du monoxyde d'azote NO.
Donner la formule de Lewis du monoxyde d'azote NO.
Quelles formules de Lewis peut-on successivement demander à l'étudiant pour l'amener à écrire celle de HNO3 ou de l'ion nitrate en ajoutant qu'un atome à chaque fois.
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Indiquer
en quoi cette démarche peut être l'occasion d'enrichir la notion
de liaison covalente acquise en seconde et d'aborder le formalisme des
flèches pour symbolyser les déplacement d'électrons.
En
seconde : une liaison covalente entre deux atomes correspond à la
mise en commun de deux électrons : chaque atome apporte un électron.
A bac +1 : une liaison covalente peut aussi résulter du don d'un doublet libre à un atome possédant une orbitale vacante.
Peut-on proposer une démarche similaire pour aboutir à la structure de la molécule d'acide sulfurique ? Pourquoi ?
Tout d'abord la molécule SO n'existe pas, il faudrait donc partir de SO2.
Ensuite il faut prendre en compte le fait qu'il existe 9 orbitales atomiques correspondant à n=3 pour l'atome de soufre.
L'écriture du schéma de Lewis par les étudiants de l'ion thiosulfate S2O32- conduit parfois à des structures linéaires avec notamment des enchaînement O--O.
Proposer
une démarche utilisant l'éthymologie du nom de cet anion pour aider les
étudiants à retrouver facilement une structure de Lewis acceptable.
"thio " signifie "soufre" : on remplace donc un atome d'oxygène de l'ion sulfate SO42-par un atome de soufre.
L'ion thiosulfate a la même structure que l'ion sulfate.
Afin
d'éviter que le mercure ne se fixe sur les parois, les échantillons
sont préparés dans des flacons de téflon, c'est à dire en
tétrafluoroéthylène (PTFE).
Rappeler le bilan, les conditions opératoires et le mécanisme de la polymérisation radicalaire du tétrafluoroéthylène.
L'initiation se produit en présence d'un peroxyde et de rayonnement UV.
Propagation :
Terminaison :
Qu'appelle t-on réaction de transfert ? Quelle est la conséquence de ces transferts sur la nature de la chaîne polymère ?
La chaîne polymère de PTFE étant linéaire que peut-on en conclure ?
Dans une réaction de polymérisation, la croissance d'une chaîne
s'arrête lorsque celle-ci génère un centre actif. Ce dernier peut alors
conduire à la croissance d'autres chaînes.
Cet arrêt de la croissance va en conséquence conduire à des chaînes un peu plus petites et éventuellement ramifiées.
Les longues chaînes linéaires du PTFE indiquent l'absence de réaction
de transfert : la liaison C-F est forte et sa rupture demande
beaucoup d'énergie.
Compte tenu de cette parfaite linéarité, le PTFE est-il amorphe, faiblement cristallin ou fortement cristallin ?
Donner
l'allure de la courbe d'évolution du module d'Young en fonction de la
température pour un matériau amorphe et pour un matériau
semi-cristallin.
Comment expliquer simplement en terme de comportement des chaînes le phénomène de transition vitreuse et le phénomène de fusion ?
Un polymère à chaînes très régulières est fortement cristallin.
En dessous de la température de transition vitreuse, notée TV ou TG, les chaînes présentent une faible mobilité relative : le matériau est cassant.
A une température supérieur à TG, quelques liaisons de type van der Waals entre les chaînes sont rompues, le matériau est plus souple.
Les polymères amorphes sont caractérisés par leur température TG ; ils se ramollisent et ne possèdent pas de température de fusion.
Les polymères semi-cristallins possèdent des phases amorphes et des
phases cristallines ; ils possèdent une température de fusion TF des phases cristallines.
A une température supérieur à TF, un grand nombre de liaisons intermoléculaires sont rompues, le matériau est encore plus souple ( genre caoutchouc).
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Une origine du mercure : les alliages.
Le mercure peut s'associer à de nombreux éléments, formant des
alliages intéressants ( semi-conducteurs, liquides pour
thermomètres...). On se propose d'étudier des mélanges binaires
liquide-solide mercure-thallium, dont le comportement est donné dans le
diagramme isobare ci-dessous. En abscisse figure le pourcentage
massique en thallium.
Coordonnées des points remarquables : A(8,6 ; 212,0 ) ; B(28,6 ; 287,5 ) ; C(40,5 ; 273,5).
Fusion du thallium pur sous 1bar : 576,7 K ; fusion du mercure pur sous 1 bar : 234,2 K.
Transition de phase du mercure sous 1 bar : Tß--> a = 70 K.
La phase g est une solution solide de mercure et de thallium.
Une masse de 10 g d'un mélange constitué à 15 % de thallium est amené à la température de 150 K.
Donner la nature et la masse des phases en présence.
La phase g est une solution solide ; elle compte 20 % en mase de thallium.
Le théorème des moments chimiques donne : mHga / mtotale =(20-15) / 20
mHga =0,25 mtotale = 2,5 g et ; mg = 7,5 g.
On chauffe régulièrement ce mélange jusqu'à 300 K.
Tracer la
courbe d'évolution de la température en fonction du temps en
indiquant la nature des phases en présence et des phases qui
apparaissent et disparaissent.
En A apparition du liquide ; en B disparition du mercure alpha solide ; en C, disparition de la phase gamma solide.
Comment
appelle t-on les mélanges dont la composition est donnée par
l'abscisse du point A ? Quelle est leur caractéristique principale ?
La température de fusion et la composition d'un mélange eutectique ( point A) sont constantes. |
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