Enseignement scientifique 1re - 2023

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Mes Pages
Esprit critique
Une longue histoire de la matière
Une longue histoire de la matière
Ouverture de thème p. 18-20
Ch. 1
Les éléments chimiques
Ch. 2
Les cristaux, des édifices ordonnés
Ouverture
p. 35
Le chlorure de sodium, un sel parmi tant d'autres
Activitép. 36-37
De la roche au squelette, les cristaux sont partout !
Activitép. 38-39
Une cristallisation sous conditions
Activitép. 40-41
Les cristaux et la santé
Activitép. 42-43
Cours
p. 44-45
Zone d’échauffement
Exercicesp. 46-47
L'atelier des apprentis
Exercicesp. 48
Le repaire des initiés
Exercicesp. 49-50
Le coin des experts
Exercicesp. 51
Un autre regard sur le chapitre 2
Prolongementsp. 52
Exercices de révision
Exercices de révision - Exclusivité numérique
Ch. 3
Une structure complexe : la cellule
Se préparer à l'évaluation
Exercicesp. 71-73
Le Soleil, notre source d'énergie
Le Soleil, notre source d’énergie
Ouverture de thème p. 74-76
Ch. 4
Le rayonnement solaire
Ch. 5
Le bilan radiatif terrestre
Ch. 6
Énergie solaire, photosynthèse et nutrition
Ch. 7
Énergie solaire et humanité
Se préparer à l'évaluation
Exercicesp. 141-143
La Terre, un astre singulier
La Terre, un astre singulier
Ouverture de thème p. 144-146
Ch. 8
La forme de la Terre
Ch. 9
L’Histoire de l'âge de la Terre
Ch. 10
La Terre dans l'Univers
Se préparer à l'évaluation
Exercicesp. 193-195
Son et musique, porteurs d'information
Son et musique, porteurs d’information
Ouverture de thème p. 196-198
Ch. 11
Son et musique
Ch. 12
Le son, une information à coder
Ch. 13
Entendre et protéger son audition
Se préparer à l'évaluation
Exercicesp. 243-244
Projet expérimental et numérique
Livret Maths
Annexes
Chapitre 2
Exercices

Le coin des experts

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13
La synthèse artificielle des pierres précieuses : une aventure à haute température

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Compétence
✔ Mettre en relation la structure cristalline et les conditions de refroidissement
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Les connaissances sur la physique et la chimie des cristaux ont progressivement permis d'envisager de reproduire les conditions dans lesquelles se forment naturellement les minerais d'intérêt tels que le saphir, le rubis ou encore le diamant, et ainsi de les synthétiser en laboratoire ou dans l'industrie.
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Doc. 1
Saphir et rubis observés à l'œil nu

Placeholder pour SaphirSaphir

a. Saphir

Placeholder pour RubisRubis

b. Rubis

Une étude géologique à Madagascar a mis en évidence certaines conditions de formation métamorphique du rubis à la limite des domaines de l'éclogite et de la granulite. Les saphirs, quant à eux, proviennent d'une chambre magmatique située à la limite croûte continentale/manteau supérieur (entre 650 et 750 °C, à 0,5 GPa).
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Doc. 2
Réseau cristallin du rubis et du saphir

Placeholder pour Réseau cristallin du rubis et du saphirRéseau cristallin du rubis et du saphir

Ils ont le même système cristallin. Chimiquement, il s'agit d'une alumine anhydre (ou oxyde d'aluminium cristallisé) de formule chimique Al2O3. La couleur des saphirs et des rubis est liée à la présence d'éléments comme le chrome (Cr), le fer (Fe), le titane (Ti), le manganèse (Mn), etc.
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Doc. 3
Diagramme de pression p et température T montrant les principaux domaines du métamorphisme

Diagramme de pression p et température T montrant les principaux domaines du métamorphisme
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Texte
Procédé Verneuil (1902) : fabrication de gemmes synthétiques

La synthèse est obtenue par la fonte de l'alumine au moyen d'un chalumeau à plus de 2500 °C. Le cristal se forme goutte à goutte, par superposition de très fines couches de matière fondue. Au final, il ressemble à une stalagmite et porte le nom de boule, de carotte ou de bouteille.
Le dopage ou l'adjonction d'oxydes métalliques lors de la fabrication permet de donner la couleur : le chrome pour le rouge, le cobalt ou le fer et le titane pour le bleu, le nickel pour le vert, le fer pour le jaune ou le bleu clair, le manganèse pour le rose-orangé [...].
Le processus complet de fabrication, sous une température minutieusement contrôlée, dure de quelques heures à quelques jours.
Thierry Pradat,
Croissance par fusion à la flamme, procédé Verneuil, Gemmo.eu.
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Question
À l'aide des documents et de vos connaissances, montrez qu'un composé peut cristalliser de différentes façons et expliquez en quoi nos connaissances permettent aujourd'hui de contrôler la synthèse des pierres précieuses.
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Exercice numérique
Un lingot d'or

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Compétence
✔ À partir du nombre d'entités chimiques par maille, déduire la masse volumique du cristal
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Retrouvez
la version initiée
 de cet exercice.
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Un lingot d'or de masse 1,0 kg occupe un volume de seulement 51,8 mL. Cela fait de ce métal l'un des plus denses connus.

Certains films mettent en scène des cambriolages impliquant des lingots d'or, comme par exemple le film Braquage à l'italienne dont la bande-annonce peut être visionnée en cliquant
ici
. Dans ce film, une équipe de braqueurs récupère une caisse pleine de lingots dont le volume semble être de l'ordre de 0,1 m3.
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Doc.
Des lingots d'or

Placeholder pour Lingots d'orLingots d'or
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Données

  • Masse d'un atome d'or : m_{\mathrm{Au}}=3,27 \times 10^{-22} g
  • Nombre d'atomes d'or dans sa structure cristalline : N=4
  • Paramètre de la maille d'or : a=407 pm
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Question
Expliquez, à l'aide d'un calcul, pourquoi la scène présente dans la
bande-annonce
du film Braquage à l'italienne est assez peu crédible.
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