Chantiers de Sciences

http://www.curieuxdesavoir.com/120-la-radioactivite-tout-autour-.html

https://musee.curie.fr/decouvrir/documentation/histoire-de-la-radioactivite

1896. Henri Becquerel découvre au Muséum d’histoire naturelle l’émission spontanée, par l’élément uranium, d’un nouveau type de rayonnement : les rayons uraniques. Ses études de ce rayonnement montrent que ce rayonnement est ionisant, c’est à dire qu’il produit des charges électriques en traversant l’air. 1898. Marie et Pierre Curie découvrent, dans les locaux de l’Ecole municipale de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (EPCI), le polonium et le radium. Dans le but de déterminer la masse atomique du radium, le couple entreprend le traitement de plusieurs tonnes d’un minerai naturel d’uranium, la pechblende (avec 1 tonne de pechblende on obtenait 1 à 2 mg de chlorure de radium). Marie Curie introduit le terme radioactivité pour décrire les rayons émis par l’uranium, le thorium, le polonium, le radium, …  1899. Plusieurs scientifiques montrent l’existence de deux types de rayonnements émis par l’uranium. Dès janvier, Ernest Rutherford les nommera respectivement rayons alpha et béta. […]

Extrait

Trois types de travaux sont alors proposés à propos de la décroissance radioactive : statistique, équation différentielle, méthode d’Euler.

Les consignes sont incluses dans les documents de travail et des mises en commun en petits groupes sont à réaliser étape par étape. Les mises au point sont réalisables sous forme d’animation tableau à partir des propositions des groupes, suivies des apports magistraux nécessaires.

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1.Statistique

Documents de travail :[0-radioactivite.pdf] et [comptage.xlsx] (ainsi que le corrigé).

2. Equation différentielle

Document de travail : [1-equa-diff.pdf]

Documents supports et aides : [modeles.pdf] ; [math.pdf] ; [exponentielle.pdf] ainsi que : [demi-vie.pdf] et [demi-vie.xslx]

Un résumé permet de faire le point sur l’ensemble sous forme de magistral : [resume.pdf].

Enfin diverses applications (sous forme d’exercices) sont exploitables dans : [2-applications.pdf].

Extrait

3.Méthode d’Euler

Document de travail : [1-euler-cesium.pdf] et [2-cesium.xlsx]

Aide et corrigé : [cesium-formules.pdf] et [cesium-corrige.xlsx]

On pourra éventuellement utiliser des documents préparatoires contenus dans le dossier [préparation], par exemple [euler-general.pdf] et [methode-euler.pptx], voire même [parabole.pdf] et [parabole.xlsx].

A propos de la méthode d’Euler, on trouvera également sur ce même site le chantier : mouvement (6) euler.

Diverses animations (CEA ; A. Willm ; J-F Madre) peuvent donner également lieu à exploitation : voir dossier [animations].

Exemple : diagrammes N-Z d’Adrien Willm

Enfin différents problèmes, adaptés d’anciens problèmes de bac, sont proposés dans le dossier [problemes].

Extrait d’un exemple :

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Tous les documents sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier radioactivite (1) decroissance).

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https://invention-europe.com/2005/12/18/lancetre-des-condensateurs-la-bouteille-de-leyde/

Almanach Hachette 1922

http://www.composelec.com/condensateur_(electricite).php

Un condensateur est un composant électronique ou électrique élémentaire, constitué de deux armatures conductrices (appelées «électrodes») en influence totale et scindées par un isolant polarisable (ou «diélectrique»). Sa propriété principale est de pouvoir stocker des charges électriques opposées sur ses armatures. La valeur absolue de ces charges est proportionnelle à la valeur absolue de la tension qui lui est appliquée. Le condensateur est caractérisé par le coefficient de proportionnalité entre charge et tension nommé capacité électrique et exprimée en farads (F). […] En octobre 1745, Ewald Georg von Kleist de Pomerania inventa le premier condensateur. Le physicien hollandais Pieter van Musschenbrœk le découvrit de façon indépendante en janvier 1746. Il l’appela la bouteille de Leyde car Musschenbrœk travaillait à l’université de Leyde.

Eric SchraderSan Francisco, CA, United States

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On aborde ici l’étude du condensateur et du modèle du dipôle RC : charge par une source de tension continue et décharge ; notion de constante de temps.

Quatre parties successives sont proposées. Elles se présentent sous forme de consignes de travail (individuel, et petit groupe). A l’issu de la réalisation de chaque consigne de travail il convient de réaliser une mise au point en grand groupe sous forme d’animation tableau. On proposera également un magistral de synthèse des notions et résultats principaux.

1. Introduction qualitative

Document de travail : [1 RC intro.pdf]

2. Équation différentielle

Document de travail : [2 RC equadiff.pdf]

Documents d’aide : [math.pdf]

[equa diff charge decharge.pptx],

[equa diff charge decharge corrige.pptx],

[equa diff charge decharge corrige.pdf].

On trouvera aussi [equadiff-corrige.pdf], utilisable aussi pour la partie suivante.

3. Constante de temps

Document de travail : [3 RC constante-temps.pdf]

Documents d’aide : [constante de temps.pdf]

Un exemple de protocole est disponible: [exemple protocole.pdf]

3. Méthode d’Euler

Document de travail : [4 RC euler.pdf] et [euler-charge.xlsx]

Documents d’aide : [euler-methode.pdf]

On trouvera aussi [euler-charge corrige.xlsx]

Des animations peuvent également être exploitées : [RC.swf] ou [chargeRC.swf] de G. Tulloue    http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/

et

https://www.tecnipass.com/cours-electronique.cem-composants-passifs.r.l.c?page=2

Des problèmes (anciens sujets de bac) sont également disponibles.

A consulter : https://labolycee.org/

http://sante.lefigaro.fr/sante/traitement/analgesiques-paracetamol/mecanisme-daction

Le paracétamol est une substance active d’un certain nombre de médicaments de la classe des antalgiques antipyrétiques non salicylés. Cette substance est indiquée contre la fièvre et les douleurs d’intensité moyenne à forte. Le paracétamol est un analgésique de palier I, selon la classification de l’OMS qui comporte 3 paliers de I à 3. Le paracétamol possède également une propriété antipyrétique, dont l’efficacité est comparable à celle de l’aspirine. Le paracétamol a l’avantage d’une excellente tolérance, en particulier digestive, permettant son emploi en 1ère intention, chez l’enfant, la femme enceinte ou qui allaite, et également en cas d’ulcère digestif ou autres lésions du tube digestif. Le mécanisme d’action complet du paracétamol, reste inconnu 100 ans après sa découverte ; cependant il a été démontré qu’il agit principalement au niveau du système nerveux central et au niveau périphérique. La résorption, l’élimination et la demi-vied’un produit sont des paramètres importants car ils déterminent le mode d’administration du produit et le nombre de prises quotidiennes, afin de maintenir l’efficacité du traitement. La résorption digestive du paracétamol est rapide et complète, ce qui explique son action per os en 20 à 60 minutes ; la métabolisation est hépatique et l’élimination est urinaire (95% du produit ingéré éliminé au bout des 24 heures. La demi-vie est de 2 à 3 heures, d’où les prises multiples espacées de 6 heures pour avoir une efficacité constante.

L’étude proposée ici peut constituer une étape synthétique du cours de chimie organique à partir du protocole classique d’acétylation du 4-aminophémol en paracétamol. 

Avec les annexes proposées dans le document de travail on aborde les thèmes suivants :

groupes caractéristiques et réaction concernée ;

mécanisme réactionnel et sélectivité ;

analyse des spectres RMN et IR permettant l’identification du paracétamol obtenu ;

réalisation d’un médicament ;

intérêts des recherches de nouvelles voies de synthèse à partir des principes de la chimie « verte ».

Selon les horaires impartis l’étude peut s’effectuer sur plusieurs séances, avec des préparations individuelles intermédiaires et des apports théoriques appropriés en grand groupe.

Document de travail avec les consignes de travail :

[1-paracetamol.pdf].

On trouvera également des problèmes avec corrigés (adaptés de problèmes de bac) sur le thème des amides : dossier [problèmes].

Extrait d’exemple :

Et aussi une animation d’Adrien Willm sur les consignes de sécurité : [securite.swf].

Tous les documents nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier paracetamol).

https://fr.wikipedia.org/wiki/Aspartame

L’aspartame est un édulcorant artificiel découvert en 1965. C’est un dipeptide composé de deux acides aminés naturels, l’acide L-aspartique et la L-phénylalanine, ce dernier sous forme d’ester méthylique. Sa consommation est donc déconseillée chez les personnes atteintes de phénylcétonurie. L’aspartame a un pouvoir sucrant environ 200 fois supérieur à celui du saccharose et est utilisé pour édulcorer les boissons et aliments à faible apport calorique ainsi que les médicaments. Cet additif alimentaire est utilisé dans un grand nombre de produits et autorisé dans de nombreux pays, il est référencé dans l’Union européenne par le code E951. Depuis sa première autorisation de mise sur le marché aux États-Unis par la Food and Drug Administration (FDA) en 1974, l’aspartame a fait l’objet de polémiques sur ses possibles effets nocifs sur la santé bien que les organismes de santé publique (notamment la FDA et l’EFSA) aient affirmé son innocuité dans les doses d’utilisation autorisées chez l’Homme.

https://www.passeportsante.net/fr/Actualites/Dossiers/DossierComplexe.aspx?doc=mefier-aspartame

L’aspartame est un additif alimentaire dont les bénéfices pour la ligne sont bien connus. Faible en calories, il possède un pouvoir sucrant environ 200 fois supérieur à celui du sucre. C’est lui qui se cache généralement dans nos produits allégés : sodas, desserts, chewing-gums…. Et que l’on trouve généralement dans les édulcorants de table, à l’heure du café. L’utilisation de l’aspartame en tant qu’additif alimentaire est autorisée depuis les années soixante-dix aux Etats-Unis (1974). Il faudra attendre vingt ans de plus pour le trouver à la table des européens (1994). Comment savoir si un produit « light » contient de l’aspartame ? Sa présence est indiquée sur l’étiquette du produit : soit par son nom (c’est-à-dire « aspartame ») soit par son numéro, E 951.

https://www.cancer-environnement.fr/286-Aspartame-et-cancer.ce.aspx

• L’aspartame (codé E 951) est un édulcorant de synthèse découvert en 1965. Il a un pouvoir sucrant 150 fois plus élevé que le sucre. Il est utilisé dans de nombreux produits dits « allégés » ou « light ».

• Le risque potentiel associé à l’aspartame a été examiné par des instances scientifiques du monde entier : à ce jour, leur conclusion est que la dose journalière admissible actuelle assure la protection des consommateurs .La controverse est très présente autour de l’aspartame depuis son apparition sur le marché. Deux études européennes l’ont récemment ravivée : une suggérant un potentiel effet cancérogène, et l’autre un risque d’accouchement prématuré chez la femme enceinte. La méthodologie de ces études reste cependant critiquée, ce qui ne permet pas de conclure de manière définitive sur les effets évoqués.

• En France, l’Anses a constitué un groupe d’experts pour évaluer les bénéfices et les risques des édulcorants dits « intenses ». Il a pour objectifs de faire l’état des lieux des données disponibles, identifier d’éventuels bénéfices et/ou dangers de ces consommations, et d’élaborer des recommandations pour les populations sensibles.

• L’EFSA a conclu en décembre 2013, après une ré-évaluation approfondie des dernières données de la littérature, que l’aspartame et ses produits de dégradation sont sûrs pour la consommation humaine aux niveaux actuels d’exposition.

https://www.doctissimo.fr/html/nutrition/mag_2002/mag0607/nu_5551_aspartame_sante.htm

Seul risque : la phénylalanine Le seul problème pour lequel l’aspartame peut présenter un risque, c’est lorsque la personne souffre de phénylcétonurie (PCU). Cette maladie génétique rare entraîne des difficultés à digérer un acide aminé, la phénylalanine. Or, l’aspartame libère ce composé lors de sa digestion dans l’intestin. Mais, selon l’Agence française de sécurité sanitaire des aliments (AFSSA), « Même pour des doses [d’aspartame] très supérieures aux doses d’exposition normales, les taux sanguins de base de phénylalanine et susceptibles d’induire des effets secondaires chez l’enfant souffrant de phénylcétonurie ne sont pas atteints ». Il semble donc que le risque soit faible.

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Avec l’hydrolyse de l’aspartame, protocole classique, on illustre les notions de groupes fonctionnels et les mécanismes de catalyse acide. Il s’agit ici d’élaborer et réaliser le protocole
d’hydrolyse puis de procéder à l’analyse chromatographique de l’hydrolysat.

Un rapport d’étude est élaboré en concertation puis rédigé individuellement.

Documents disponibles : [1-aspartame.pdf] et [2-aspartame-corrige.pdf].

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L’acide phosphorique

dans une boisson gazeuse

https://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_phosphorique

L’acide phosphorique est un composé chimique de formule H₃PO₄. C’est un oxoacide trifonctionnel (triacide) important en chimie inorganique et fondamental en biochimie. Il s’agit d’un acide minéral obtenu par traitement de roches phosphatées ou par combustion du phosphore. […] L’acide phosphorique est très utilisé en laboratoire, car il résiste à l’oxydation, à la réduction et à l’évaporation. L’acide phosphorique est employé dans les boissons non alcoolisées comme régulateur de pH (E338) : principalement dans les sodas au cola (Coca-Cola, Pepsi Cola, Dr Pepper). L’acide phosphorique est employé comme composant des engrais, des détergents, ciments dentaires comme catalyseur ou dans les métaux inoxydables, et dans la production des phosphates utilisés dans les adoucisseurs d’eau. L’acide phosphorique est souvent utilisé en solution dans des produits utilisés en mécanique pour dérouiller les pièces métalliques. Il sert aussi à la phosphatation de pièces métalliques pour les protéger de l’oxydation à l’air libre. L’acide phosphorique est aussi utilisé comme un électrolyte dans les piles à combustibles PAFC. […] L’ingestion d’une quantité importante d’acide phosphorique peut entraver le fonctionnement des reins et favoriser les calculs rénaux. Des chercheurs américains ont interrogé 465 personnes pour lesquelles une insuffisance rénale avait été récemment diagnostiquée et ils ont constaté à partir de la description de leur régime alimentaire qu’à partir de deux verres de Coca-Cola journalier, le risque d’insuffisance rénale est multiplié par deux. Il en est de même avec le Coca Cola « Light » alors qu’aucune association n’a été trouvée avec les autres sodas.

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Tous les documents nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier phosphorique).

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On se propose ici de doser l’acide phosphorique dans une boisson gazeuse bien connue…

Le document [1-dosage.pdf] donne la consigne individuelle d’élaboration du protocole, suivie de la mise en commun et mise au point en petit groupe puis de la réalisation du dosage pH-métrique.

Divers documents d’aide sont à disposition : [2-documents.pdf].

Enfin la situation est reprise sous forme de problème avec questions détaillées :

[3-probleme.pdf].

Le corrigé est disponible :

[4-corrigee.pdf].

https://www.unionvinicole.fr/vins-champagnes/vins-blancs/

Fe²⁺ – Fe³⁺

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https://dico-du-vin.com/fer-casse-ferrique-2/

Fer (casse ferrique) : le vin contient naturellement et en très petite quantité du fer. Dans les vins maintenus à l’abri de l’air en milieu réducteur, le fer est à l’état ferreux. Mais si le vin renferme de l’oxygène dissous à la suite d’une aération, le fer va s’oxyder et passer à l’état ferrique. Il risque alors de précipiter la matière colorante (casse bleue) ou l’acide phosphorique (casse blanche). Ces deux casses ferriques peuvent apparaître lorsque la teneur en fer atteint 10 à 20 mg/l.

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On se propose de doser les ions fer dans un vin blanc par spectrophotométrie.  On procède par étalonnage, en exploitant la loi de Beer-Lambert.

Loi de Beer-Lambert : absorbance lumineuse.

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS(dossier fer).

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Deux versions sont proposées :

[dosage-1.pdf] : élaboration de protocole.

[dosage-2.pdf]: énoncé classique avec protocole et questions.

Des corrigés sont également fournis :

[dosage-corrige.pdf] ;

[exemples-resultats-1.xlsx] ; [exemples-resultats-2.xlsx]

Des problèmes (adaptés d’anciens type bac) avec corrigés sont aussi proposés :

[probleme-corrige-1.pdf] ; [probleme-corrige-2.pdf] ;

[probleme-corrige-3.pdf]; [probleme-corrige-4.pdf].

Deux compléments :

[spectrophotometre.pptx] 

https://www.sante100.com/complement-alimentaire/vitamine-c/

https://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_ascorbique

L’acide ascorbique ou acide oxo-3-gulofuranolactone (forme énolique), est un acide organique ayant des propriétés antioxydantes. Il est présent sous une forme énantiomériquement pure (acide L-ascorbique ou vitamine C) dans les citrons, les jus de fruits et les légumes frais. […]

 L’acide ascorbique ayant deux atomes de carbone asymétriques et étant sans plan de symétrie, il se présente sous la forme de deux paires d’énantiomères, diastéréoisomères entre elles. […]

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier vitamineC).

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Comment doser la vitamine C dans un jus de citron ? Trois versions sont proposées :

[dosage-1.pdf] : élaboration de protocole ;

[dosage-2.pdf] : énoncé à la façon E.C.E. (évaluation des compétences expérimentales) ;

[dosage-3.pdf] : énoncé classique avec protocole et questions.

Un problème type bac est également proposé sous deux formes :

[probleme-1.pdf] : sans question ;

[probleme-2.pdf] : avec questions.

Trois compléments :  [ascorbique.pdf] , [synthese.pdf] et [isomeres.pdf].