Sciences physiques : Contrôle 2. Exercice 1

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Sciences physiques : Contrôle 2.

Exercice 1:

On étudie la molécule acide 2-(para-2-méthylpropylphényl) propanoïque qui permet de faire baisser la fièvre, on notera A cette molécule. Sa masse molaire vaut : M=206 g/mol.

CH C CH CH C C

H CH₂ CH CH₃ CH₃ CH

C H₃

C O O H

Formule semi-développée de l’acide 2-(para-2- méthylpropylphényl)propanoïque

document 1

document 2

document 3

Pour étudier les fonctions de cette molécule, on réalise un spectre infrarouge:

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1. La molécule A est-elle colorée ? Justifier.

2. Entourer la fonction de cette molécule, nommer cette fonction.

3. Représenter la formule topologique de la molécule A.

4. Commenter le spectre infrarouge.

5. On réalise une réaction chimique avec la molécule A, il se forme la molécule suivante : 4,5,6- triméthylheptanal.

a. Représenter la formule semi-développée de cette molécule puis sa formule topologique.

b. Entourer puis nommer la fonction de cette molécule.

6. On dispose d’une solution mère contenant la molécule A de concentration C

₀

= 1,00.10

^-2

mol/L.

On réalise 4 solutions filles de concentrations 2,00.10

^-3

- 4,00.10

^-3

- 6,00.10

^-3

- 8,00.10

^-3

. On mesure l’absorbance A de ces 4 solutions et celle de la solution mère.

D’autre part, on dispose d’un sachet en poudre contenant entre autres la molécule A. On dissout la poudre dans un peu d’eau, on introduit la solution dans une fiole jaugée de 50 mL que l’on complète avec de l’eau distillée, on note S

₁

cette solution. On dilue 4 fois cette solution, on note S

₂

la solution diluée. On mesure l’absorbance de la solution S

₂

, on trouve 0,672.

a. Quelle longueur d’onde choisit-on sur le spectrophotomètre pour mesurer l’absorbance ? Justifier.

b. Sur le papier millimétré fourni, tracer la courbe représentant l’absorbance A en fonction de la concentration C en molécule A .

c. Déterminer la concentration de la solution S

₂

. d. Déterminer la masse de molécule A dans le sachet.

e. La densité de la solution S

₁

vaut 1,09; déterminer le pourcentage massique en molécule A dans cette solution.

document 4 : spectre d’absorption de la molécule A.

C (mol/L) 2,00.10

^-3

4,00.10

^-3

6,00.10

^-3

8,00.10

^-3

1,00.10

^-2

A 0,175 0,360 0,536 0,710 0,890

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Exercice 2 :

Avec un rayon laser, on éclaire deux fentes fines séparées d’une distance a. Sur un écran placé à une distance D des deux fentes, il se forme une figure d’interférences. On munit l’écran d’un repère Oy.

y

L’expression de l’ordonnée y du point M où se superposent les 2 radiations en fonction de a, de D et de la différence de marche δest la suivante :

y = –––––δ. D a

1. La figure d’interférences est constituée de franges brillantes et sombres. On s’intéresse aux franges sombres.

a. Expliquer succinctement la présence des franges sombres.

b. À partir de la relation ci-dessus, établir l’expression de la distance i (interfrange) entre 2 franges sombres consécutives en fonction de λ, D et a.

2. On souhaite établir une expression de la différence de marche δ(indépendante de la relation ci-dessus).

La distance D étant très très supérieure à la distance a entre les deux fentes, les segments S₁M et S₂M sont quasiment parallèles donc on peut schématiser la situation étudiée ainsi :

a. Sur le schéma ci-dessus, représenter la différence de marche δ.

b. Exprimer δ en fonction de a et θ.

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Exercice 3 :

On souhaite étudier le phénomène de formation de couleurs interférentielles.

On peut parfois observer ces couleurs –par exemple –sur le sol d’un parking ou sur le sol d’une station-service d’essence .

Il faut au moins deux conditions pour observer ces couleurs :

-Présence d’eau sur le sol.

-Présence d’essence (ou d’huile) sur le sol

Quand toutes les conditions sont réunies, on observe des couleurs irisées là où l’essence est présente (voir photo ci- contre).

Interprétation du phénomène :

Pour que ce phénomène ait lieu, il faut qu’une couche d’eau soit recouverte par une fine couche d’essence (voir schéma 1 ci-dessous) .

sol essence

eau

< 1 μm

Schéma 1 agrandi:

schéma 1:

sol essence

eau

La couche d’essence est éclairée par la lumière ambiante (lumière blanche constituée d’une infinité de radiations monochromatiques).

Un rayon lumineux quelconque (rayon 1) frappe l’essence, il se «sépare» en deux rayons : un rayon qui est réfléchi (rayon 2) et un rayon qui est réfracté dans l’essence (rayon 3) . Le rayon 3 est ensuite réfléchi sur l’eau, le rayon réfléchi (rayon 4) traverse à nouveau l’essence, il est réfracté quand il pénètre dans l’air (rayon 5).

Les rayons 2 et 5 vont interférer sur la rétine de l’observateur; selon la valeur de la différence de marche, l’observateur verra une certaine couleur (une des couleurs de l’arc en ciel).

air

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2. Couleur perçue :

a. Les rayons 2 et 5 interfèrent au niveau de la rétine de l’observateur.

Si les interférences sont destructives, l’observateur ne verra pas ces radiations.

Si les interférences sont constructives, l’observateur verra une certaine couleur : la couleur correspondant à la longueur d’onde des 2 radiations qui interfèrent.

La différence de marche δ s’exprime ainsi :

Dans le cas d’interférences constructives, exprimer la longueur d’onde λdes radiations qui interférent en fonction de l’épaisseur d’essence e, de i_airet de n.

b. Donnée : indice de réfraction de l’essence n= 1,5

On étudie le cas où les rayons interfèrent d’une façon constructive et où les rayons ont une inclinaison de 45° (i_air= 45°) . Calculer la valeur de λ(et à la fin convertir en nm) pour les quatre cas suivants :

- Nombre entier k = 1 et e = 0,080μm - Nombre entier k = 2 et e = 0,080 μm - Nombre entier k = 1 et e = 0,15 μm - Nombre entier k = 2 et e = 0,15 μm

c. Sur le schéma ci-dessous, l’inclinaison des rayons est de 45°, préciser les couleurs vues par l’observateur pour les émissions A, B, C, D et E.

Schéma 1 agrandi et détaillé :

i_air

i_air i_air

1. La différence de marche :

A partir du point A, la lumière effectue 2 parcours jusqu’à la rétine de l’observateur:

- Celui du rayon 2 : distance AO.

- Celui des rayons 3, 4 et 5: distance AB + BC + CO.

Exprimer la différence de parcours (notée δ) des 2 rayons en fonction des distances AB, BC et AD

sol eau

essence 0,13μm

0,080μm 0,080μm

A B C D E

essence

eau air

épaisseur e A

δ= 2.e. – + –––λ (sin (i_air))² 2

n² B

C D

e est l’épaisseur d’essence en m n est l’indice de réfraction de l’essence λ est la longueur d’onde en m