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Enseignement scientifique 1re

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Le repaire des initiés




4
Un lingot d’or

Dénombrer les atomes par maille


Un lingot d’or de masse 1,0 kg occupe un volume de seulement 52,5 mL. Cela fait de ce métal l’un des plus denses connus !

Données
  • L’or cristallise dans une structure CFC
  • Masse d’un atome d’or : mAu=3,27×1022m_{\text{Au}} = 3\text{,}27 \times 10^{-22} g

Questions

1. Calculez la masse volumique de l’or.


2. Déterminez le rayon atomique de l’or et précisez la distance entre deux plans consécutifs d’atomes d’or au contact.

Des lingots d’or
Des lingots d’or.

5
Les radiolaires, architectes des temps modernes et producteurs de roches

Communiquer dans un langage scientifique


Questions

Par une série de schémas légendés, montrez comment les radiolaires sont à l’origine de la silice contenue dans les radiolarites. Vous insisterez sur le trajet de la silice, dont vous préciserez l’état cristallisé ou non à chaque étape.

Les fonds océaniques abritent des organismes unicellulaires singuliers : les radiolaires. À leur mort, ils se déposent au fond des océans en quantités si importantes que se forment des roches sédimentaires siliceuses appelées radiolarites. La silice dissoute sous forme d’acide silicique Si(OH)4 est utilisée par les organismes pour produire leur squelette.

Les réactions de condensation sont les suivantes :

R-Si-OH + HO-Si-R' → R-Si-O-Si−R' + H2O où R, R' sont des chaînes d'atomes.

n Si(OH)4 → n SiO2 + 2n H2O où n est un nombre entier.

Cette silice qui imprègne leur squelette repasse en solution à la mort de l’organisme et migre dans les sédiments dont elle favorise la cimentation. La roche contient alors du quartz microcristallin ou une phase de silice de structure fibreuse appelée calcédoine.

Dessins de squelettes de radiolaires d’Ernst Haeckel
Dessins de squelettes de radiolaires d’Ernst Haeckel (1904).

6
Le polonium, une maille peu courante

Représenter une maille en perspective cavalière



Le polonium est un élément radioactif que l'on trouve à l'état de trace dans les minerais d'uranium. Il est l'une des rares structures cristallines de type cubique simple de paramètre a=0,340a = 0\text{,}340 nm.

Données
  • Masse d’un atome de polonium : mPo=3,47×1022m_{\text{Po}} = 3\text{,}47 \times 10^{-22} g

Questions

1. Dessinez la maille du polonium et donnez le nombre d’atomes par maille.
Couleurs
Formes
Dessinez ici


2. Calculez la masse volumique attendue du polonium et comparez-la à sa valeur expérimentale : ρ=9200\rho = 9 \, 200 kg·m-3.

Uraninite, minerai d'uranium, contenant du polonium
Uraninite, minerai d'uranium, contenant du polonium.

7
« Gaz nobles » à l’état solide !

Dénombrer les atomes et faire le lien avec la masse volumique

Version experts (C) ici
.

Les éléments de la colonne 18 du tableau périodique sont des gaz monoatomiques inertes à température ambiante, d’où le nom de « gaz nobles ». Il faut les porter à des températures très basses pour obtenir des cristaux. On obtient alors des structures CFC.

Questions

1. Représentez la maille CFC et déduisez-en les rayons atomiques des 4 atomes de cette famille.
2. Calculez les masses volumiques pour chacun de ces éléments à l’état solide.

Élément Néon Argon Krypton Xénon
Masse molaire
(g·mol-1)
20,2 39,9 83,8 131,3
aa (nm) 0,452 0,543 0,559 0,618
TfusionT_{\text{fusion}} (K) 24,5 83,9 116 161
Températures de fusion des éléments de la colonne 18.

8
Basalte et gabbro, les roches magmatiques de la croûte océanique

Mettre en relation la structure d’une roche et ses conditions de refroidissement



Questions

1. Comparez les deux échantillons de roches.

2. Montrez que le magma produit au niveau des dorsales océaniques subit des conditions de refroidissement variables à l’origine de deux roches distinctes.

Le fond des océans est aussi le siège d’une activité volcanique principalement localisée au niveau des dorsales. Les roches formées sont alors essentiellement des gabbros et des basaltes, et constituent la croûte océanique. Elles seront recouvertes progressivement de sédiments après leur formation et leur éloignement progressif de la dorsale.


Photographies de gabbro et de basalte

Fel P : plagioclase, Fel O : orthose ; Pyr : pyroxène, Amph : amphibole ; Oli : olivine.
1
Photographies de gabbro (à gauche) et de basalte (à droite) observés au microscope polarisant.

contexte de mise en place des roches magmatiques du plancher océanique

La dorsale est vue ici en coupe. Lors de son émission, la lave libérée au niveau de la dorsale est à une température supérieure à 1 000 °C. Elle entre alors en contact avec l’eau de mer dont la température est en moyenne de 4 °C.
2
Le contexte de mise en place des roches magmatiques du plancher océanique.
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