Mesures de pH, taux d'avancement final
Objectifs
- Mesurer le pH de différentes solutions.
- Effectuer des dilutions.
- Étudier l’influence de la concentration sur le taux d’avancement final de la réaction de différents acides avec l’eau.
Mesures du pH de solutions d’acide chlorhydrique
Préparation des solutions
On dispose d’une solution $S_{0}$ d’acide chlorhydrique $\ce{H^+ (aq) + Cl^- (aq)}$ de concentration apportée $C_0 = \pu{0,10 mol.L-1}$.
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Proposer un mode opératoire pour obtenir, à partir de $S_{0}$, $\pu{100,0 mL}$ d’une solution $S_{1}$ d’acide chlorhydrique de concentration $C_1 = \pu{1,0e-2 mol.L-1}$. Réaliser la manipulation.
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Le pH et sa mesure
Acides et bases, définition de Brönsted
Acide
Un acide est une espèce chimique, ionique ou moléculaire, susceptible de céder au moins un proton $\ce{H+}$. De façon formelle, on peut traduire ce comportement par une demi-équation : $$ \ce{AH = A^- + H^+} $$
Remarque : Noter la similitude formelle entre les acides et les réducteurs (cf. cours de première) dont la demi-équation formelle est : $$ \ce{ {Red} = {Ox} + n e- } $$
[Lire]Formation d'une image par une lentille mince convergente
L’objectif de cette séance est de se remettre en mémoire les conditions d’obtention et les caractéristiques d’une image formée par une lentille mince convergente en fonction de la position de l’objet. Dans un second temps, on rappellera comment on peut déterminer la distance focale d’une lentille expérimentalement.
Différentes méthodes d’obtention des position, taille et sens d’une image selon la distance entre l’objet et la lentille
Obtention, position et caractéristiques d’une image
- Mesurer la taille de l’objet dont on veut former l’image et noter son orientation.
- Choisir une lentille mince convergente de vergence $V = \pu{10 \delta}$.
- Placer cette lentille à $\pu{30 cm}$ de l’objet.
- Déplacer l’écran jusqu’à obtention d’une image nette sur cet écran.
- Noter la distance entre la lentille et l’écran, la taille de l’image et son sens. En déduire la valeur du grandissement $\gamma$.
- Recommencer ces opérations, pour des distances entre l’objet et la lentille égales à : $\pu{20 cm}$ et $\pu{15 cm}$.
- Placer maintenant l’objet à $\pu{10 cm}$ puis $\pu{5 cm}$. Est-il possible d’obtenir une image nette sur l’écran ?
- Dans chacun des deux derniers cas, placer (avec précaution), son œil selon l’axe de la lentille vers l’objet. Existe-t-il une image ?
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Rappeler la relation qui existe entre la vergence $V$ d’une lentille et sa distance focale $f’$.
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En déduire la valeur de la distance focale de la lentille.
Construction d'une lunette afocale
- Une lunette astronomique est un instrument optique composé de lentilles et permettant d’augmenter la luminosité et la taille apparente des objets du ciel lors de leur observation.
- Une lunette astronomique est dite afocale lorsque l’image d’un objet situé à l’infini se trouve elle aussi à l’infini.
Un œil humain parfait étant fait pour observer un objet situé à l’infini, il n’accommode pas lorsqu’il observe une image à travers une lunette astronomique afocale (les myopes et les hypermétropes compensent par le réglage oculaire). L’observation se fait alors sans fatigue.
Le principe de cette activité doit être bien compris avant toute manipulation !
[Lire]Exercices d'optique géométrique
Étude de lentilles convergentes
On dispose d’un banc d’optique, d’un objet lumineux $AB$ de hauteur $\pu{3,5 cm}$, d’une lentille convergente $L_1$ de centre $O_1$, de distance focale $f’_1 = \pu{10,0 cm}$, d’une lentille $L_2$ de centre $O_2$, de distance focale $f’_2$ inconnue et d’un écran. Le point objet $A$ est situé sur l’axe optique.
- L’objet lumineux est placé à une distance de $\pu{15,0 cm}$ de la lentille $L_1$.
Où doit-on placer l’écran afin de visualiser une image nette de AB à travers la lentille $L_1$ ?
Solution
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Relation de Descartes : $$ \dfrac{1}{\overline{O_1A’ }} - \dfrac{1}{\overline{O_1A}} = \dfrac{1}{f’_1} \iff \overline{O_1A’ } = \dfrac{f’_1 \cdot \overline{O_1A}}{\overline{O_1A} + f’_1} $$
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Photon : onde ou particule ?
Étude d’une cellule photovoltaïque
Dualité ondes-corpuscules
Préhistoire quantique
Lumière
- Newton : la lumière est formée de corpuscules colorés (dispersion de la lumière par un prisme, réfraction, réflexion)
- Huyghens/Fresnel : la lumière est une onde (interférences, diffraction, effet doppler)
Spectroscopie et spectres de raies
- Robert Bunsen - Gustav Kirchhoff - entre 1850 et 1860
- Les spectres de raies (émission ou absorption) sont caractéristiques des éléments chimiques
- Découverte du rubidium (présence d’une intense raie rouge) et du césium (présence d’une raie bleu)
- Découverte de l’hélium : dans le Soleil (1868), sur Terre (1895)
Spectre de raies d’émission d’une lumière monochromatique
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L'effet photoélectrique
L’objectif de ce document est de comprendre pourquoi l’effet photoélectrique est une preuve expérimentale de l’existence du photon.
« La découverte et l’étude du phénomène photoélectrique a réservé aux physiciens une très grande surprise. Ce phénomène consiste en ceci qu’un morceau de matière exposé à l’action d’une radiation de longueur d’onde suffisamment courte projette souvent autour de lui des électrons en mouvement rapide. La caractéristique essentielle du phénomène est que l’énergie des électrons expulsés est uniquement fonction de la fréquence de la radiation incidente et ne dépend nullement de son intensité. Seul le nombre des électrons dépend de l’intensité incidente. Ces lois empiriques simples rendaient très pénibles l’interprétation théorique du mécanisme élémentaire aboutissant à la libération des électrons photoélectriques, des photoélectrons comme on dit aujourd’hui. La théorie ondulatoire de la lumière qui paraissait vers 1900 reposait sur des bases inébranlables conduit à considérer l’énergie radiante comme répartie uniformément dans l’onde lumineuse. Un électron frappé par une onde lumineuse reçoit donc l’énergie radiante d’une façon continue et la quantité d’énergie qu’il reçoit ainsi par seconde est proportionnelle à l’intensité de l’onde incidente et ne dépend nullement de la longueur d’onde. Les lois de l’effet photoélectrique paraissaient donc bien difficiles à expliquer.
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