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L’ozone a
des effets nocifs sur la santé humaine : les problèmes les plus
courants sont respiratoires (asthme ou maladies pulmonaires).
A) Poumons
et polution à l'ozone.
L’ozone O3 est un polluant produit dans la basse
atmosphère sous l’effet du rayonnement solaire par des réactions entre
les oxydes d’azote et les composés organiques volatils émis notamment
par les échappements des véhicules et les
industries.
On suit sa concentration dans l’atmosphère par différentes techniques.
Une de ces techniques est la suivante : on fait barboter 0,20 m3
d’air pendant une demi heure dans une solution contenant des ions
iodure I – et des ions hydrogène H+.
L’ozone contenu dans l’air réagit selon la réaction :
O3 + 2 I – + 2 H+→
O2 + I2 + H2O.
Ainsi la quantité de matière de diiode produit est égale à la quantité
de matière d’ozone contenu initialement dans 0,20 m3
d’air.
Dosage
du diiode formé :
On verse la solution de diiode obtenue dans un erlenmeyer. On ajoute
quelques gouttes d’empois d’amidon. Puis on dose par une solution de
thiosulfate de sodium (2 Na+, S2O32
– ) de concentration C = 2,0.10-3
mol / L, placée dans une microburette de 2 mL. Le volume de la solution
de thiosulfate de sodium nécessaire pour atteindre l’équivalence est VE
= 0,84 mL.
Écrire
les demi-équations électroniques des couples I2 / I – et S4O6 2 –/ S2O32
– en jeu
lors du dosage.
I2 +2e-
= 2 I – ; S4O6 2 –+ 2e- = 2
S2O32 – .
Repérer
l’oxydant et le réducteur de ce dosage. En déduire que l’équation de la
réaction d’oxydoréduction est :
I2 + 2 S2O32 –→
2 I
–
+ S4O6 2 –
.
I2 gagne des électrons, c'est l'oxydant ; S2O32 –cède des électrons, c'est le réducteur.
I2
+2e- = 2 I – ;
2 S2O32 – = S4O6 2 –+ 2e- ;
Ajouter et simplifier : I2
+2e- +
2 S2O32 – = 2
I – +S4O6 2 –+ 2e- ;
I2
+ 2 S2O32
–→ 2 I –
+ S4O6
2 – . (1)
Quel
changement de couleur observe-t-on à l’équivalence? Justifier.
Le diiode est la seule espèce colorée ; de plus avec l'empois d'amidon
il forme un complexe violet foncé. la solution passe du violet foncé à
l'incolore à l'équivalence.
Quel
est le rôle de l’empois d’amidon ? C'est un indicateur
coloré.
Écrire
la relation entre la quantité de matière n(I2) de
diiode présent initialement et la quantité de matière n ( S2O32
– ) d’ions
thiosulfate versés à l’équivalence.
Les nombres stoechiométrique de (1) conduisent à : n(S2O32
–) = 2
n(I2).
Montrer
que l’on a la relation : n(I2) = ½C.VE .
Calculer n(I2).
n(S2O32
–) = CVE
;
n(I2) = ½ n(S2O32
–) =½CVE
= 0,5*2,0 10-3 *0,84 10-3
=8,4 10-7 mol.
En déduire la quantité de matière d’ozone n(O3)
contenu dans 0,20 m3 d’air puis dans 1,0 m3
d’air. Calculer ensuite la masse m (O3) d’ozone
dans 1,0 m3 d’air.
La quantité de matière de diiode
produit est égale à la quantité de matière d’ozone contenu initialement
dans 0,20 m3 d’air :
n(O3) = n(I2) =8,4 10-7
mol soit 8,4 10-7
*5 =4,2 10-6 mol dans 1 m3
d'air.
m (O3) = M(O3) n(O3) =48*4,2 10-6
=2,016 10-4 g ~2,0 10-4
g ou 200 µg m-3.
Sachant que la réglementation européenne fixe une teneur maximale en
ozone de l’air de 180 μg.m-3, dire si ce
seuil est dépassé ou non.
200 µg m-3 est supérieur à la teneur maximale : le seuil est donc dépassé.
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Scintigraphie
pulmonaire.
Le xénon 133 est un gaz radioactif utilisé en médecine nucléaire pour
visualiser le fonctionnement des poumons. L’examen consiste à faire
respirer ce gaz au patient pendant quelques minutes, simultanément des
clichés des poumons sont pris par une caméra détectant les rayons gamma
γ.
Le xénon 133 est produit par la fission de l’uranium 235. Cette
fission est- elle une réaction spontanée ou provoquée ?
La fission de l'uranium 235 est spontanée.
Donner
la composition du noyau de xénon 13354Xe.
54 protons et 133-54 =79 neutrons.
Il existe d’autres nucléides du xénon, notamment 129Xe,
131Xe et 132Xe.
Comment
nomme-t-on ces nucléides et en quoi diffèrent- ils ?
Ces isotopes ne diffèrent que par leur nombre de neutrons.
Le noyau de xénon 13354Xe se désintègre par radioactivité β– et avec émission d’un rayonnement γ.
Quelle est la nature de la particule émise et du rayonnement γ ?
La particule émise est un électron et le rayonnement gamma est constitué de photons.
Écrire la réaction de désintégration en citant les lois à respecter.
13354Xe ---> AZX + 0-1e.
Conservation du nombre de nucléons : A +0 = 133 ; conservation de la charge : 54 = Z-1 d'où Z = 55 ( élément césium Cs ).
13354Xe ---> 13355Cs + 0-1e.
L’activité initiale de la fiole contenant le xénon 133 est A0 = 3,7.108 Bq.
Donner la définition de la période radioactive T d’un nucléide.
La période radioactive T est la durée au bout de laquellel'activité initiale est divisée par deux.
En utilisant la loi de décroissance radioactive, retrouver l’expression : l T = ln 2.
A(t) = A0 exp(-lt) ; A(T) = ½A0 = A0 exp(-l T) ; ln½ = -ln2 = -l T.
En déduire la valeur de la constante radioactive λ pour le xénon 133. T = 5,25 jours.
l = ln 2 / T = ln2 / 5,25=0,132 j -1.
Le délai de péremption est de 21 jours à compter de la date de fabrication de l’échantillon.
Par quel nombre sera divisée l’activité initiale A0 au bout de cette durée de 21 jours ?
21 = 4 *5,25 = 4T. L'activité initiale est divisée par 24= 16.
Chaque fiole de xénon 133 est entreposée dans un récipient individuel à parois en plomb de 2 mm d’épaisseur. Expliquer pourquoi.
Le plomb absorbe les rayons gamma et les électrons émis lors de la désintégration du Xénon 133.
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