Ds n°2 seconde 8 (d'après un article de Wikipedia) L'aluminium est ...

Ds n°2 seconde 8

(d'après un article de Wikipedia)
L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique Z
= 13. On s'intéressera aux atomes d'aluminium possédant A = 27 nucléons.
C'est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse totale.
Rayon atomique :Ra = 125x10-12 m ; rayon du noyau Rn = 1,00x10-10 m. C'est
un métal , argenté et malléable(qui peut se déformer facilement). Il est
remarquable pour sa résistance à l'oxydation et sa faible densité. Il est
très oxydable mais à l'air, il se forme une couche de quelques micromètres
d'alumine, un oxyde imperméable de formule Al2O3 qui protège le reste du
métal et se reforme très rapidement. Il est principalement extrait de la
bauxite, minerai, dont on extrait l'alumine. L'aluminium a une densité d =
2,7 environ trois fois plus faible que celle de l'acier ou du cuivre ; il
est, ductile (la ductilité désigne la capacité d'un matériau à se déformer
plastiquement sans se rompre) et facilement usiné et moulé.
L'aluminium est utilisé dans de nombreuses industries pour faire de
nombreux produits différents et il est très important pour l'économie
mondiale. La Chine est un important pays producteur, devant l'Amérique du
Nord (États-Unis et Canada). Les composants structuraux faits à partir de
l'aluminium sont essentiels à l'industrie aérospatiale, et très importants
dans d'autres secteurs du transport et de la construction où sa faible
densité, sa longévité et sa résistance sont nécessaires. En 1807, Humphry
Davy, découvre l'existence de l'aluminium. Pierre Berthier découvre dans
une mine près des Baux-de-Provence en 1821 un minerai contenant plus de
50 % d'aluminium.
Toxicologie : L'aluminium est reconnu pour ses effets néfastes à haute dose
sur le système nerveux (il est cependant un oligo-élément essentiel, sa
carence entraînant un retard intellectuel). L'accumulation d'aluminium dans
l'organisme peut aussi jouer un rôle dans d'autres maux comme le psoriasis,
les insuffisances hépatorénales chroniques, l'anémie, l'ostéomalacie (os
cassants ou mous), l'intolérance au glucose et les arrêts cardiaques chez
les humains. Les cellules du cerveau des patients atteints d'Alzheimer
contiennent de 10 à 30 fois plus d'aluminium que la normale[15]. L'Institut
de la Veille sanitaire a réalisé en 2003 une étude poussée qui montre le
manque de données suffisantes pour confirmer ou infirmer les conséquences
de l'aluminium sur la santé. Les études ont porté surtout sur la qualité
des eaux utilisées pour la boisson, mais pas sur les effets des emballages
en aluminium[16].
Parmi les secteurs utilisant l'aluminium, on peut citer :
les transports (automobiles, avions, camions, trains, bateaux, vélos
etc.) ;
l'emballage (boîtes de conserve, papier aluminium, canettes, barquettes,
aérosols, etc.) et notamment les emballages alimentaires ; la construction
(fenêtres, portes, gouttières, etc.) ; les biens de consommation
(appareils, ustensiles de cuisine etc.) ; Les fils électriques (la
conductivité de l'aluminium ne représente que 60 % de celle du cuivre, mais
l'aluminium est plus léger et moins cher) ; de l'aluminium très pur (99,980
à 99,999 %) est employé en électronique et pour les CD.
de l'alliage d'aluminium est employé en aéronautique ou astronautique[18].

Répondre aux questions suivantes. (en s'aidant, quand cela est nécessaire
du texte)
1) Donner le symbole de l'atome d'aluminium (sous la forme [pic])
2) Donner la composition de cet atome
3) Donner sa structure électronique. Combien d'électrons possède -t-il sur
sa couche externe ?
4) Calculer le rapport 'r' entre la masse d'un nucléon et d'un électron.
Que peut-on en déduire ?
m(nucléon) = 1,67x10-27 kg; m(électron) = 9,10x10-31 kg.
5) Donner l'expression littérale (avec les lettres ) de la masse approchée
'm' d'un atome d'aluminium. On rappelle que la masse d'un neutron est peu
différente de la masse d'un proton. Calculer la masse approchée de l'atome
d'aluminium.
6) donner la définition d'un cation
7) Donner le symbole de l'ion aluminium (sous la forme [pic])

8) Calculer la charge Q de l'ion aluminium Al3+ sachant que la charge
électrique élémentaire vaut q = 1,6x10-19 C. N'oubliez pas l'unité !
9) Donner la structure électronique de l'ion aluminium
10) A l'aide du texte, préciser 6 qualités de ce métal.

11) Quel est le principal danger de l'aluminium.
12) Donner 3 utilisations de ce métal.

Correction
1point
1) Symbole de l'atome d'aluminium:
[pic]

2 points
2) Composition de cet atome
A = 27 nucléons dont:
Z =13 protons donc 13 électrons puisque l'atome est électriquement neutre
N = A-Z =27-13 = 14 neutrons

2 points) 3) Sa structure électronique:
13 électrons: (K)2(L)8(M)3
Il possède 3 électrons sur sa couche externe (couche M).

2 points
4) Rapport 'r' entre la masse d'un nucléon et d'un électron.
[pic]
Un nucléon est environ 1840 fois plus lourd qu'un électron: la masse d'un
électron est négligeable devant celle d'un nucléon.

2 points
5) Masse approchée de l'atome d'alminium :
m = A.m(nucléon)
m = 27x1,67x10-27 = 4,51x10-26 kg

1 point
6) Un cation est un atome qui a perdu un ou plusieurs électron.

1 point
7) Symbole de l'ion d'aluminium :
[pic]

2 point
8) Charge Q de l'ion aluminium:
Q = 3.q = 3x1,6x10-19 = 4,8x10-19 C

2 points
9) Structure électronique de l'ion aluminium: l'atome d'aluminium a perdu 3
électrons pour donner l'ion aluminium. Par conséquent l'ion aluminium
possède 13-3 = 10 électrons.
(K)2(L)8.

3 points
10) 6 qualités de ce métal: Le métal est malléable , ductile, résistant à
l'oxydation, il possède une faible densité, il est facilement usinable et
moulable.

1 point
11) Principal danger de l'aluminium: L'aluminium est reconnu pour ses
effets néfastes à haute dose sur le système nerveux

1,5 point
12) 3 utilisations du métal :
emballage
construction de fenêtre
aéronautique
-----------------------
[pic]