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Le Silicium - f2schoolcom

Le silicium I Introduction Le silicium a été découvert par Thénard (1811) isolé par Berzelius (1823) et sous forme de cristaux par Deville (1854) Le nom silicium dérive du latin silex, silicis signifiant pierre Le silicium est l’élément le plus abondant après le carbone Il constitue plus de 27 de la croûte terrestre



La photonique intégrée sur silicium

dans le silicium La solution alternative la plus couramment exploitée repose sur la variation locale de la densité de porteurs libres dans le silicium (par accumulation, injection ou déplétion) pour créer une Figure 1 Exemple d’assemblage 3D d’une puce électronique sur une puce photonique Figure 2 Exemples de guides d’onde silicium



CARBONE & SILICIUM

Silicium sont les prototypes d’une nouvelle génération de robots destinés à prendre soin de la population humaine vieillissante Élevés dans un cocon protecteur, avides de découvrir le monde extérieur, c’est lors d’une tentative d’évasion qu’ils finiront



Les Phytolithes, indicateurs du cycle biogeochimique du

Le temps de résidence du silicium biogénique dans une litière de forêt tropicale est estimé entre 1 mois et 1 an et demi Dans les 30 cm supérieurs du latosol, le silicium biogénique, sous forme de Phytolithes partiellement dissous, constitue 0,26 à 0,20 du poids de sol sec (12,s à 9,6Vha) L'apport en silicium biogènique doit être



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Le carbure de silicium, de formule SiC, a été découvert par Jöns Jacob Berzelius en 1824 lors d’une expérience pour synthétiser du diamant Il est devenu un matériau incontournable pour la fabrication d’instruments optiques nécessitant une stabilité thermomécanique importante



Le matériau silicium saphir France Revue des propriétés

161 Le matériau silicium sur saphir en France Revue des propriétés physico-chimiques et électriques S Cristoloveanu, G Ghibaudo et G Kamarinos Laboratoire de physique des composants à



Enseignement scientifique Terminale Partie physique

IV Le capteur photovoltaïque, un convertisseur d’énergie radiative Le modèle quantique de l’atome a été un outil indispensable au développement de l’électronique, en particu-lier des semi-conducteurs Les matériaux semi-conducteurs, comme le silicium, sont utilisés dans les capteurs photovoltaïques

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1/8 T.S.V.P. DS n°2 Devoir Surveillé n° 2 le jeudi 17 novembre 2016 CORRIGÉ Les termes " loi d'Arrhénius », " dégénérescence de l'ordre », " loi de Van't Hoff » devront figurer dans votre copie.

3 gsg

HClSiCSiClCH+=

Oncons idèreuneenceint evide,devolumeconstant,thermostatéeàla tempér atureT2=1200K,danslaquelle,àladatet=0,onintroduitunequantiténdeMTS.Pourcettetempérature,laréactiondeformationdecarburedesiliciumpeutêtreconsidéréecommetotale.Lafigure2représentel'évolutiondelaconcentrationdeMTSdansl'enceinte,pourdifférentesquantitésnintroduites,aucoursdutemps.

3/8 T.S.V.P. Figure2CinétiquededécompositionduMTS1) Déterminerletempsdedemi-réactiont1/2pourchacunedecestroisexpériences.Laconstructiongraphiqueserafaitesurl'annexe,remiseavecvotrecopie.Quepeut-onendéduireconcernantl'ordreparrapportauMTS?Graphiquement,onremarquequeletempsdedemi-réactionestindépendantàchaquefoisdelacon centrationi nitiale,etcelaestcaracté ristique d'uneréactiond'ordre1.Laréactionétudiéeiciestdoncuneréactiond'ordre1.Letempsdedemi-réactionnedépendeneffetpasdelaconcentrationinitiale.

20

4/8 Ona:t1/2=20minsoit:k=(Ln2)/t1/2=0,035min-1.2) Onnoteraklaconstantedevitessedelaréaction.Quelleestl'équationdifférentiellevérifiéeparlaconcentrationenMTS?Nousallonscalculerlaconstantedevitesseàpartirdutempsdedemi-réactionquenousvenonsdecalculer.L'équationdifférentielleestlasuivante:- =. 3) ExprimerlaconcentrationenMTSdansl'enceinteaucoursdutemps,enfonctiondelaconcentrationinitiale[MTS]0,dutempsetdelaconstantedevitessek.Résolvonsl'équationdifférentielle:-! =.! Séparonslesvariables:!! =- . !! !!!!"#$!!!!"#$!=- .!! L'équations'intègreen:ln (!!! )=- .quel'onpeutaussiréécrire:=.!.4) Exprimerletempsdetrois-quartsderéactiont3/4enfonctiondek.Letempsdedemi-réactionestletempstauboutduquellamoitiédeAadisparu,letempsdetrois-quartsderéactionestceluiauboutduquelles¾deAontdisparu,ilrestedonc¼delaquantité,ouconcentration,initiale:Alors:ln (!!/!!! )=- .!/!ln (!!!!"#$!!!! )=- .!/!

5/8 T.S.V.P. ln (14 )=- .!/!soit:ln (4)= .!/!D'où:!!= !"!!=!!= !"!!!= . 5) Quevautlerapport2/1

4/3 t t

?Ceciest-ilvérifiédanslecasprésent?D'aprèscequiprécède:!!= 2.ln2 = . Uneaugmentationdelatempératurede100KpouratteindreT3=1300Kentraineunediminutiondutempsdedemi-réactiond'unfacteur20.LaconstantedevitesseestfonctiondelatempératureTselon:⎟

RT E ATk a exp)(

oùA(demêmedimensionquek)etEa(appeléénergied'activationetexpriméeenJ.mol-1)sontdesconstantes.6) Endéduirelavaleurdel'énergied'activationdelaréaction.Utilisonsdonclaloid'Arrhénius:=.exp (-!) EnT1:!=.exp (-!!) EnT1:!=.exp (-!!) Alors:=-. (- ) Utilisonslestempsdedemi-réaction:

6/8 !"!!!/!!!!"!!!/!!!=-!. (1!- 1!) !/!!!/!!=-!. (1!- 1!) Etl'auteurnousindiqueque:!/!!=20.!/!! D'où,applicationnumérique:(20)=-!8,31. (11300- 11200) = .!L'énergied'activationvautdonc:Ea=154,7kJ.mol-1Donnée:R,constantedesgazparfaits:R=8,31J.K-1.mol-1EXERCICE2:LEFERDANSLEMETABOLISMEHUMAINFeretmétabolismehumainLavitamineCestuncofac teurenz ymatiqueimpliquédansdenombre usesréactionsphysiologiques.Enparticulier,lavitamineCjoueunrôleimportantdansl'absorptionduferparlesin testinschez l'hommeenparticipantàlaré ductiondufer (III)présentdan slesalimentsenfer(II)plusfacilementabsorbableparlescellulesdelaparoiintestinale.Commelaplupartdesprimates,l'êtrehumainn'estpascapabledesynthétiserlui-mêmelavitamineCdontilabesoin,elledoitdoncluiêtreapportéeparsonalimentation,unealimentationéquilibréeétantgénéralementcon sidéréecommesuffi santepourcouvrirlesbesoinsjournaliersd'unêtrehumainenvitamineC.Unefoisassimiléparlaparoiintestinale,leferestprisenchargesousformedecomplexespardesprotéinesspécialiséeschargéesdeleséquestreretdeledistribuerauxdifférentstissusenfonctiondesbesoins.Étudecinétiquedelaréductiondufer(III)enfer(II)aucoursdeladigestionLefer(I II)présentdanslesalimen tsestmodéliséparunc omplexe[FeL6]3+solubleensolutionaqueuse,oùLreprésenteunligand,c'estàdireunemoléculeouunionliéaufer.Laréactionderéductiondufer(III)enfer(II)parlavitamineCestrésuméeparl'équation-bilansuivante:

7/8 T.S.V.P. 2[FeL6]3++H2Asc=2[FeL6]2++Asc+2H+Lemécanismeréactionnelproposépourlaréductionducomplexemodèlesedérouleenquatreétapesélémentaires(ouactesélémentaires):H

2 Asc k 1 k -1 H + HAsc [FeL 6 3+ + HAsc k 2 [FeL 6 2+ + HAsc HAsc k 3 k -3 H + Asc [FeL 6 3+ + Asc k 4 [FeL 6 2+ + Asc (étapes 1 et -1) (étape 2) (étapes 3 et -3) (étape 4)

L'équilibre(I)(étapes1et-1)estrapidementétabli,c'est-à-direquelesétapes(1)et(-1)sonttouteslesdeuxrapidesdevantlesautresétapesdumécanismeproposé.1) Rappelerladéfinitiond'unintermédiaireréactionneletidentifierlesintermédiairesréactionnelsquiinterviennentdanslemécanismeproposé.Unintermédiaireréactionnelestuneespècequiestprésentependantledéroulementdelaréaction,çan'estniunréactifniunproduit.Trèssouvent,lesintermédiairesréactionnelssontinstablesetontuneduréedevietrèsfaible.Danslemécanismeproposé,ilyaplusieursintermédiairesréactionnels:HAsc-;HAsc•;Asc•-;LavitessedelaréactionestdéfiniecommeétantlavitessedeformationduproduitAsc.2) Donnerl'expressiondelavitessevdelaréactionàpartirdumécanisme.D'aprèslemécanismeproposé,Ascn'intervientquedansl'étape4.Commec'estunacteélémentaire,cetteétapesuitlaloideVan'tHoff,etainsi:=.!∗! Cetteexpressionne peutpasêtreconservéeen l'éta tparcequ'ellefait intervenirlaconcentrationenunintermédiaireréactionnel.Enappliquantl'AEQSauxintermédiaires,ilestpossible d'exprimervenfonctiondesconstantesci nétiquesdu système,desconcentrationsenréactifsetdesconcentrationsenproduits.Iln'estaucunementquestiond'appliquerl'AEQSici.Apartirdumécanismeréactionnelproposé,onaboutitfinalementaurésultatsuivant:v=v

2 =k 2 .[[FeL 6 3+ ].[HAsc k 2 .k 1 .[[FeL 6 3+ ].[H 2 Asc] [H ].k -1

8/8 Paraill eurs,plusieursexpériencesontp ermisd'obtenirlaloidevitesseex périmentale suivante:v=k[FeL63+][H2Asc].3) Préciserlesconditionsex périmentales quipermettentd'obtenirunetell eloidevitesse,etdonnerl'expressiondelaconstantekdanscesconditions.Préciserl'unitédelaconstantekdanslesystèmeinternational.Pouravoirune telleloi,ilfau tdoncquev dépendentdesde uxconcentrati ons,mais qu'elleneparaissepasdépendredelaconcentrationenionsH+.Pourqu'ilensoitainsi,c'estàdireque l'onp uissetraiterH +commeunec onstante,ilfa utdoncquecetteconcentrationsoitentrèslargeexcès,ouquelonutiliseunesolutiontampon,solutiondontpardéfinitionlepHestconstant(lesangestunexempledesolutiontampon).Danscesconditionsexpérimentales,onidentifiek:k=

k 2 .k 1 [H ].k -1

DanslesystèmeSI,ks'exprimeenmol-1.L.s-1carlaréactionestd'ordreglobal2.LavaleurdelaconstanteK°Iétantconnueparailleurs,onpeututiliserl'étudecinétiquedelaréactionàunetempératureTdonnéepourdéterminerlavaleurdelaconstantecinétiquek2àcettetempérature.Legraphiqueprésentéfigure3montrel'évolutiondeln(k2)enfonctionde1/T.Figure3:évolutiondeln(k2)enfonctionde1/T.4) Déterminerlavaleurdel'énergied'activationEa2del'étape2.Commenterl'ordredegrandeurdurésultatobtenu.0,003300,003350,00340

6,8 6,9 7,0 7,1 7,2 ln (k 2 ) = 15 - 2400 / T ln (k 2

1/T (K

_ 1

9/8 T.S.V.P. Nousallonsutiliserlaloid'Arrhéniussoussaformeintégrée:!=.exp (-!!) Alors:!=()-!!. Ainsi,paridentification,- !!!!= -2400 Ea2=19,9kJ.mol-1Uncommentaire?Cen'estpasuneénergied'activationtrèsélevée,elleestassezfaible,cequidoitdoncsignifierquelaréactionassociéeestrapide.5) Représenterleprofilénergétiquedecetteétape2, eny faisantapparaîtrecetteénergied'activationEa2.Leprofilestceluid'unacteélémentaire,avecpassagedoncparunétatdetransition:Ep / kJmol-1C.R

Ea2état de transition

10/8 EXERCICE3:MODELESUTILISESENPHARMACOCINETIQUELapharmacocinétiqueestl'étudedudevenird'unmédicamentdansl'organisme.Aprèsl'administrationd'unmédicament,lamesuredesaconcentrationdansleplasmasanguinestengénéralpossible,cequipermetdesuivresonévolutionaucoursdutemps.Cetteévolutionaétésuiviepourl'acidevalproïque,deformuletopologiquereprésentéefigure1,médicamentantiépileptiquecommercialisésouslenomdeDépakine® Figure 1 : acide valproïqueLegraphedelafigure2présentel'évolutiontemporelledelaconcentrationmassiqueCdecettemoléculedan sleplasmasanguind'un patientàqui onaadmin istréunemasseD=2,0 gd'acidev alproï que(appeléedose)ded euxmanièresdifférentes:injectionintraveineuse(a)etadministrationparv oieoraled' uneforme galéniquedite"àlibérationprolongée»(b). Figure 21) Sachantquelestauxthérapeutiquesrecommandéspourcettemoléculesontsituésentre40et100mg.L-1(intervalledit"thérapeutique»,entreleseuilthérapeutiqueet

11/8 T.S.V.P. leseuildetoxicité),commenteretcomparertrèssuccinctementlesrésultatsdesdeuxmodesd'administration.Représentonscettegammedetauxacceptables:Parvoieintraveineuse,ladoseadministréeesttropélevéeinitialementmaisatteintles100mgauboutde12hetresteaudessusde40pendant20h,jusqu'à32h.Parvoieorale,onatteintplusviteletauxminimalede40,auboutde4h,sansjamaisatteindreles100mg.L-1maisonrestepluslongtempsdanslagamme40-100puisqu'onyestpendant46h,jusqu'à50h.Lechoixentrelesdeuxestdonc:- unedoseassezforte,paspendanttrèslongtemps,maisdélaid'actionrapide- unedosemoin sforte,maispendantbeaucouppluslongtemps:duréed'action longueRem:laDépakine,fabriquéeparleslaboratoiresSANOFI,afaitlaunedel'actualitélasemainedernièreàcausedesmalformationschezlesnouveaux-nésquepeutprovoquersonadministrationchezlafemmeenceinte.

12/8 Onsepro posed'é tudierdeuxmodèlesphar macocinétiquessimplesdel'évo lutiontemporelledelaconcentrationmassiqueCdel'acidevalproïquedansleplasmasanguin.1.Modèlepourl'administrationintraveineuse(I.V.)Ladoseestdirectementinjectéedansleplasmasanguinàladatet=0.Laconsommationdumédicame ntparl'organismeestmodél iséeparun eloicinétiqued'ordre1,deconstantedevitesseke,commeindiquéfigure3. Figure 32) EnnotantClaconcentrationmassiqued'acidevalproïquedansleplasmasanguin,déterminerl'expressiondeCe nfonctiondeladatet,C0étantlaconcentrationmassiqueinitialed'acidevalproïquedansleplasmasanguin. Résolvonsl'équationdifférentielle:- =!.Séparonslesvariables: =- !. !!!=- !.!! L'équations'intègreen:ln (! )=- !.quel'onpeutaussiréécrire:=.!.3) Exploiternumér iquement(unerégressionlinéairee stattendue)lesr ésultatsdutableau1donnantlaconcentrationCdansleplasmasanguinàdifférentesdatespourvérifierl'adéquationdesrésultatsaumodèleetdéterminerlesvaleursdekeetdelaconcentrationmassiqueinitialeC0. tempst/h0,084,08,016,032,048,064,080,096,0C/mg.L-1155140120804020105,02,5Tableau 1

13/8 T.S.V.P. LetracédeLn(C)enfonctiondutempstestunedroitedontlapentenousdonnerake:ln (! )=- !.quel'onpeutaussiréécrire:ln- ln (!)=- !.Passonsautracé:Lespointssontbienalignésetlecoefficientdecorrélationestbon,trèsprochede1.Laréactionestbiend'ordre1.Onendéduit:ke=4,35.10-2h-1etLn(C0)=5,0912donc:C0=162,6CommeonaadministréD=2,0gsoit2000mg,alors:162,6=2000/VDd'où:VD=12,3L.4) Lorsqueladoseestadministréeàladatet=0,elleestdissoutedansunepartiedel'organismequel' onassimile àunesolution devolumeVDappeléevolumededistribution.Déduiredesrésultatslavaleurduvolumededistribution.

y=-0,0435x+5,0912R²=0,99974

0123456020406080100120Ln(C)t

LnC

LnCLinéaire(LnC)

14/8 Dutracéprécédent,ondéduitLn(C0)=5,0912donc:C0=162,6CommeonaadministréD=2,0gsoit2000mg,alors:162,6=2000/VDd'où:VD=12,3L.2.Modèlepourl'administrationparvoieorale(peros)Ladosed'acidevalproïque,demasseD,administréeparvoieorale,doitparvenirdansleplasmasanguinparéchangestoutaulongdutubedigestif(auniveaudel'estomacetdel'intestinenparticulier).L'absorptionetlaconsommationparl'organismedumédicamentsontmodéliséespardesloiscinétiquesd'ordre1etdeconstantesdevitesserespectiveskaetke,avecka≠ke,commeindiqué figure4.Onnoter espectivementm T(t)etmP(t)lesmasse sd'acidevalproïquedansletubedigestifetdansleplasmasanguin(onpréfèredonctravailleraveclesmassesplutôtqu'aveclesconcentrations). Figure 45) Établirlesystèmed'équationsdifférentiellesvérifiéparmT(t)etmP(t). Ecrivonslesystèmed'équationsdifférentielles:= - .()= + .()- .()6) Donnerl'expressiondelamassemT(t)auniveaudutubedigestifenfonctiondutempsetdesparamètresutiles. Danscesystème,lapremièreéquationestcellequenousdevonsrésoudredanslecasdel'étudedesréactionsd'ordre1.Sasolutionestdonc:() =().!.

15/8 T.S.V.P. 7) Larésolutiondusystèmed'équationsdifférentiellesdonne:mPt()=kaka-ke⋅D⋅exp-ket()-exp-kat()().Endéduir el'expressiondeC(t), concentrationdansleplasmasanguin, enintroduisantlevolumededistributionVDsupposéidentiqueàceluidéterminéàlaquestion3. IlfautdiviserparVD:Ct()=kaka-ke⋅DVD⋅exp-ket()-exp-kat()() 8) Montrerquemp(t)passeparunmaximumnotémp,maxàunedatenotéetmax.Exprimertmaxenfonctiondekeetka. mP(t)passeparunevaleurmaximaleàtmaxlorsqueladérivéedesonexpressionenfonctiondutempss'annule:mPt()=kaka-ke⋅D⋅exp-ket()-exp-kat()()ladérivées'anulelorsquelaquantitéentreparenthèse,unefoisdérivée,s'annule:(exp (-!.) - (exp (-!.))′= 0 !"#soit:(-!exp (-!.!"#)+! (exp (-!.!"#))= 0!(exp (-!.!"#)= !exp (-!.!"#)exp (-!.!"#)exp (-!.!"#)= !!exp (-!.!"#+!.!"#)= !!exp ((!-!.)!"#)= !!Passonsaulogarithme:(!-!)!"#=( !!!!)Ainsi:

16/8 =()-9) Enutilisantlafigure2,évaluertmaxpourlaforme(b). tmaxestvoisinde14h 10) Montrerquem(t)passeparunmaximumpourlavaleurmmax=D.exp(-ke.tmax). NotonsXlaquantité:exp- !.!"#- exp- !!"# exp- !.!"# (1- exp(- !+ !)!"# exp- !.!"# (1- exp(!!) exp- !.!"# (1- !!) 14 h

17/8 T.S.V.P. D'où:!!"#=!!-!D exp- !.!"# (1- !!) !!"#=!!-!D exp- !.!"# (!-!!) Ilyadessimplifications:= - . C'estcequ'ilfallaitétablirFINDUCORRIGÉ

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