E3C première, l'or, un élément chimique précieux.

L’or, élément de numéro atomique Z=79, a de tout temps été un métal fort prisé notamment pour son caractère ductile et inoxydable. C’est une valeur refuge en économie et un métal précieux tant en orfèvrerie qu’en médecine ou dans l’industrie.
Partie 1 : Estimation de quelques masses d’or.
Le World Gold Council, union des principales compagnies mondiales de l’industrie aurifère, estime que si tout l’or extrait depuis le début de l’humanité – bijoux, lingots et masque de Toutankhamon inclus – était fondu en un seul bloc, il formerait un cube de 21 mètres de côté. Bien plus petit que l’Arc de triomphe de l’Étoile à Paris !
En 2016, 13% de l’extraction d’or au niveau mondial a été réalisée en Chine, ce qui représente 455 tonnes.
1- Sachant que la masse volumique de l’or est 19,3 g.cm^-3, calculer la masse totale de l’or extrait depuis le début de l’humanité. On exprimera le résultat en tonnes.
Volume d'or = volume du cube de 21 m de côté = 21³ = 9261 m³.
Masse volumique de l'or : 19300 kg m^-3.
Masse d'or : 19300 x 9261 ~1,79 10⁸ kg = 1,79 10⁵ tonnes.
2- Calculer la masse de l’or extrait dans le monde en 2016.
455 / 0,13 =3500 tonnes.

Partie 2 : Peut-on transformer du plomb en or ?
La transmutation de métaux non précieux en or était, dès le Moyen-Âge, l’objectif principal des alchimistes. Aucun n’a jamais atteint cet objectif.
Le développement de la science moderne a cependant permis de montrer qu’il est effectivement possible de réaliser cette transmutation, mais avec des méthodes bien différentes de ce que les alchimistes avaient pu proposer.
3 – Préciser le nombre de protons que l’on doit arracher à un noyau de mercure ₈₀Hg pour obtenir un noyau d’or ₇₉ Au. Préciser si ce type de transformation est une transformation chimique, physique ou nucléaire.
Lors d'une réaction nucléaire, il faut arracher un proton à un atome de mercure pour obtenir un atome d'or.
4 – Indiquer pourquoi il semble a priori plus facile de transformer du mercure en or que du plomb ₈₂Pb en or.
Il faudrait arracher 3 protons à un atome de plomb ; l'énergie à mettre en oeuvre serait trop importante.

5-a) Identifier l’affirmation exacte parmi les 4 affirmations suivantes. Justifier.

(a) La masse d’or obtenue à partir du mercure par bombardement de neutrons est une fonction décroissante de la durée du bombardement.
(b) La masse d’or obtenue à partir du mercure par bombardement de neutrons est proportionnelle à la durée du bombardement.
(c) La masse d’or obtenue à partir du mercure par bombardement de neutrons est proportionnelle au carré de la durée du bombardement.
(d) La masse d’or obtenue à partir du mercure par bombardement de neutrons ne dépend pas de la durée du bombardement.
Le graphique est une droite passant par l'origine : la masse d’or obtenue à partir du mercure par bombardement de neutrons est proportionnelle à la durée du bombardement. Réponse b.
5-b) Avec la précision permise par le graphique, déterminer la durée du bombardement permettant d’obtenir 6 μg d’or, puis la masse d’or obtenu à l’issue de 3 heures de bombardement.
6 µg d'or sont obtenus en 5, 1 h.
3,5 µg d'or sont obtenus au bout de 3 h.
5-c) Calculer la masse d’or obtenue au bout d’un jour. Montrer qu’en une année, on peut ainsi produire environ 10 mg d’or.
1 jour =24 h ; 6 x 24 /5,1 ~28,2 µg d'or par jour.
28,2 x365 ~10 350 µg ~ 10 mg d'or par an.
6- Estimer le prix (en euro) d’un gramme d’or acheté sur le marché.
31 g d'or sont vendus à environ 1 166 € ; 1 166 / 31 = 37,6 € / g.
7- Justifier l’affirmation « L’opération perd donc tout son intérêt ».
10 mg d'or sont vendus à moins de un euro sur la marché.
Faire fonctionner une source de neutrons pendant un an revient à plusieurs millions d'euros.
Cette opération est donc sans intérêt.