Aurélie sept 04

chimie organique - radioactivité - conductivité

d'après BTS biotechnologie 03



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chimie organique

On considère les deux composés organiques suivants : CH3-CHO (a) et le 2,2-diméthylpropanal (a')

  1. Donner le nom de (a). Ecrire la formule semi-développée de (a'). Quelle est la fonction commune à ces deux composés ?
  2. Lequel des deux composés possède un hydrogène en a du groupe carbonyle ? Justifier la mobilité de cet hydrogène.
  3. On fait réagir (a) en milieu basique (HO-)
    - ecrire le mécanisme de cette réaction. Donner le produit (b) obtenu.
    - Combien d'isomère de configuration le produit (b) possède-t-il ? Représenter ces isomères en projection de Cram et les nommer.
    - Le produit (b) est déshydraté en milieu acide, on obtient un produit (c). Ecrire l'équation bilan de la réaction de déshydratation. représenter les différents stéréoisomères de (c) en précisant leur configuration Z ou E.
  4. Les produits (a) et (a') possèdent tous les deux une fonction identique. Pourtant ils n'obéissent pas au même mécanisme réactionnel et ne conduisent donc pas au même type de produit. Expliquer pourquoi.
    - La réaction de (a') en milieu basique conduit aux produits suivants :
    CH3-C(CH3)2-CO2- et CH3-C(CH3)2-CH2OH
    Ecrire l'équation bilan de cette réaction et donner le nom des produits obtenus.
    - C'est une réaction de dismutation. Expliquer pourquoi.
corrigé
(a) : éthanal ; CH3-C(CH3)2-CHO ; aldehyde

(a) possède deux hydrogène en a du groupe carbonyle ; l'atome d'oxygène est attracteur d'électrons et en conséquence la liaison C-H en a est déficitaire en électrons : d'où la mobilité de l'hydrogène en a.
le carbone porteur du groupe OH est asymétrique : donc deux énantiomères.

la déshydratation de (b) conduit à des alcènes :

(a') ne possède pas d'hydrogène en a du groupe carbonyle.

ion 2,2-diméthylpropanoate ; 2,2-diméthylpropan-1-ol

dismutation : l'aldehyde joue un double rôle :

celui d'oxydant qui se réduit en alcool

celui de réducteur qui s'oxyde en ion carboxylate


radioactivité

La désintégration du bismuth 21283Bi à partir de son niveau fondamental conduit à un noyau de thalium 20881Tl à son niveau fondamental ou excité.

  1. Ecrire la réaction de désintégration radioactive. Préciser les lois de conservation.
    - Quel est le type de radioactivité ? Quelle est la nature de la particule émise ?
    - Quel est le mode de désexcitation du noyau fils ? Quelle est sa nature ?
  2. Calculer en MeV, l'énergie libérée par la désintégration d'un noyau de bismuth.
    - A partir du diagramme ci-dessous, à quoi correspondent les flèches 1 à 6 d'une part et 7 à 15 d'autre part.
    - Calculer la longueur d'onde dans le vide associée à la transition 8.
    - Calculer l'énergie cinétique de la particule émise lors de la transition 3. Quelle hypothèse doit-on faire pour conduire ce calcul.

Données : h=6,62 10-34 Js ; c= 3 108 m/s ; 1 eV= 1,6 10-19 J ; 1 u = 1,66 10-27 kg.

masse des nucléides (u) : 21283Bi: 211,991 271 ; 20881Tl : 207,982 006 ; 42He : 4,002 603.

corrigé
21283Bi-->20881Tl* + 42He radioactivité de type a.

suivi de : 20881Tl* --> 20881Tl + photon g. désexcitation du noyau fils

conservation du nombre de nucléon : 212 = 208+4

conservation de la charge : 83 = 81 +2

variation de masse : |Dm|=211,991 271-(207,982 006+4,002 603)=6,662 10-3 u

6,662 10-3 *1,66 10-27 = 1,1 10-29 kg.

énergie libérée = |Dm| c² = 1,1 10-29*(3 108 )²= 9,95 10-23 J

9,95 10-23 /1,6 10-19 =6,22 106 eV= 6,22 MeV.

flèches 7 à 15 : désexcitation du noyau fils

flèches 1 à 6 : énergie emportée par la particule a sous forme cinétique

transition 8 : D E= 0,33 MeV = 0,33 106 eV = 3,3 105 eV

3,3 105 *1,6 10-19 = 5,328 10-14 J

D E=hc/l d'où l = hc / D E =6,62 10-34 * 3 108 / 5,328 10-14 =3,73 10-12 m.

transition 3 : D E= 6,22-0,33= 5,89 MeV = 5,89 106 eV

5,89 106 *1,6 10-19 = 9,42 10-13 J

dans l'hypothèse d'une particule non relativiste

conductivité

 On dose par conductimétrie une solution S d'ammoniac NH3 de concentration cb par une solution d'acide chlorhydrique de concentration ca= 0,1 mol/L. La solution S à doser se trouve dans la burette.

On verse dans un bécher 10 mL de la solution acide auxquels on ajoute 90 mL d'eau distillée. Dans ce bécher plonge la cellule conductimétrique. On suit l'évolution de la conductance au cours du dosage.
VNH3 mL
0
2
4
6
8
10
12
14
16
G(mS)
4,26
3,75
3,05
2,5
1,95
1,5
1,52
1,47
1,5

  1. Tracer le graphe G=VNH3
  2. Ecrire l'équation de la réaction de dosage.
  3. Interpréter l'allure de la courbe.
  4. Déterminer la concentration de la solution d'ammoniac.
  5. Expliquer pourquoi on ajoute 90 mL d'eau distillée à la solution d'acide chlorhydrique.
  6. Préciser les unités de la conductivité et de la conductance
    - Exprimer la conductivité de la solution du bécher pour VNH3 =0. Calculer sa valeur théorique et en déduire la conductance.
    - La conductance est constante à partir de l'équivalence, déterminer sa valeur théorique.

constante de cellule K= 0,01 m ;

conductivité l en Sm²mol-1 : l H3O+ = 35 10-3 ; l NH4+ = 7,4 10-3 ; l Cl- = 7,6 10-3 .

corrigé

NH3+H3O++Cl-= NH4++Cl- + H2O

à l'équivalence les quantités de matière des réactifs sont en proportions stoéchiomètriques

cava = cbvéqui

cb = 0,1*10 / 10 = 0,1 mol/L.

en ajoutant 90 mL d'eau distillée dans le bécher, on peut considérer que le volume de cette solution est à peu près constant ( V= 0,1 L) au cours du dosage.

conductivité de la solution du bécher avant l'équivalence :

s = l H3O+ [H3O+] + l Cl- [Cl-]+l NH4+ [NH4+]

avec [Cl-] = cava/V = 0,1*0,01/0,1 = 0,01 mol/L= 10 mol m-3.

[NH4+] = 103cbvNH3/V =103vNH3mol m-3.

[H3O+] initial = cava/V = 0,1*0,01/0,1 = 0,01 mol/L= 10 mol m-3.

[H3O+] = 10-[NH4+] = 10-103vNH3mol m-3.

s =35 10-3(10-103vNH3) + 7,6 10-3 *10 + 7,4 10-3103vNH3.

s =0,35 -35 vNH3+ 0,076 + 7,4 vNH3.

s =0,426 -27,6 vNH3. fonction affine décroissante ( vNH3. en litre)

conductivité initiale : 0,426 Sm-1 ;

conductance initiale G= Ks =0,01*0,426 = 4,26 10-3 siemens (S)

conductivité de la solution du bécher après l'équivalence :

s = l Cl- [Cl-]+l NH4+ [NH4+]

s = 7,6 10-3 *10 + 7,4 10-3103véqui.

s = 0,076 + 7,4 véqui valeur constante

valeur à l'équivalence s =0,076 + 7,4*0,01 =0,15 Sm-1 ;

conductance G= 0,15*0,01 = 1,5 10-3 siemens (S)

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