Épreuve écrite · Chimie · Session 2022
Sujet : études autour de l'alpha immunothérapie (EAI PHC 2). Durée : 5 heures. 59 questions numérotées Q1 à QP59, dont 4 questions pédagogiques (QP20, QP43, QP50, QP59) qui pèsent, l'énoncé le dit explicitement, environ 20 % du total des points.
Thèmes couverts : radioactivité (désintégrations α et capture électronique, cinétique d'ordre 1), structure électronique et classification périodique, transport ionique en solution (mobilité, conductivité), thermodynamique chimique (cycle de Born-Haber, grandeurs standard de réaction, lien avec un potentiel standard), oxydo-réduction et diagramme potentiel-pH, VSEPR, orbitales moléculaires et orbitales frontalières, acido-basicité et loi de dilution d'Ostwald ; puis, pour le second problème, RMN et spectroscopie UV-visible, mésomérie, polymères conducteurs, sécurité et montages de chimie organique, mécanismes réactionnels, complexation du bismuth et cinétique d'ordre 2 ; enfin didactique en seconde, en première spécialité et en STL-SPCL.
Difficulté ressentie : élevée sur la partie électrochimie quantitative du premier problème (Q13 à Q19, où il faut mener un raisonnement littéral long avant toute lecture graphique), moyenne ailleurs. Une bonne moitié du sujet relève d'un socle que tout candidat à l'interne doit traiter sans hésiter : composition d'un noyau, configuration électronique, VSEPR, structures de Lewis, mécanismes d'acylation, calcul de rendement.
Lecture stratégique : l'écart entre la moyenne des présents (8,28) et celle des admissibles (13,42) est de 5 points. Il ne se joue pas sur les deux ou trois questions les plus difficiles du sujet, mais sur le traitement complet et justifié du socle, et sur les questions pédagogiques, massivement sous-traitées.
Deux problèmes totalement indépendants, de longueurs inégales, reliés par un fil thématique unique : fabriquer un radiopharmaceutique émetteur α, c'est-à-dire un radionucléide (l'astate 211, puis le bismuth 213) accroché à une molécule vectrice.
Stratégie recommandée sur 5 heures. Les parties sont indépendantes et l'énoncé le dit dès la première page : picorer est non seulement permis, c'est la seule stratégie raisonnable.
🎯 Attendus du jury — rapport de la session 2022, « Rapport relatif à la composition de chimie »
Valorisé : des copies « très fournies, de grande qualité », soignées et lisibles ; surtout, le traitement littéral mené jusqu'au bout avant l'application numérique, exigence répétée d'une question à l'autre. Le jury accepte explicitement des valeurs approchées si la calculatrice du candidat est peu performante, à condition que la démarche soit correcte : c'est la démarche qui est notée.
Pénalisé : les affirmations non justifiées ; à l'inverse, la dilution de la réponse — le jury écrit que « justifier ne signifie pas diluer la réponse : une explication concise et précise est souhaitée, sans développements inutiles ». Également sanctionnés : le manque de rigueur dans les notations des grandeurs standard de réaction (\(\Delta_rH^\circ\), \(\Delta_rS^\circ\), \(\Delta_rG^\circ\)), l'absence de contrôle de vraisemblance d'un résultat numérique, et les hypothèses simplificatrices jamais validées a posteriori.
Faiblesses de culture chimique relevées : pKa des amines, polymères conducteurs, et surtout l'identification du prix Nobel français de la chimie supramoléculaire (Q32), presque jamais trouvée.
Le réflexe qui rapporte le plus dans ce sujet : écrire l'équation avant le calcul. Équation de dissociation avant un pH (Q26-Q28), équation de la transformation avant un rendement (Q41), demi-équation électronique avant une relation de Nernst (Q13, Q19). Le jury le signale à propos de Q26-Q28 et de Q41 : c'est le défaut méthodologique le plus coûteux de cette épreuve.
Définir l'isotopie, puis donner la composition d'un atome de l'isotope 211 de l'astate. Barème indicatif : 1,5 pt / 195.
Deux nucléides sont dits isotopes lorsqu'ils possèdent le même numéro atomique \(Z\) (même nombre de protons, donc le même élément chimique et les mêmes propriétés chimiques) mais des nombres de masse \(A\) différents, c'est-à-dire des nombres de neutrons différents.
L'annexe donne \(Z(\mathrm{At}) = 85\). Pour \({}^{211}_{\ \,85}\mathrm{At}\), neutre :
Erreur classique signalée par le jury (Q1).
FAUX : « deux isotopes sont deux éléments chimiques différents ».
JUSTE : deux éléments chimiques ont nécessairement des \(Z\) différents. Deux isotopes, c'est
le même élément ; seul le noyau diffère, par son nombre de neutrons.
Composition d'une particule α, équation de formation de \({}^{211}\mathrm{At}\) par irradiation d'une cible de bismuth 209, commentaire. Barème indicatif : 2 pts / 195.
Une particule α est un noyau d'hélium 4, \({}^{4}_{2}\mathrm{He}^{2+}\) : 2 protons et 2 neutrons, sans aucun électron. La cible est \({}^{209}_{\ \,83}\mathrm{Bi}\). Les lois de conservation de Soddy (conservation du nombre de nucléons \(A\) et de la charge \(Z\)) imposent alors l'émission de deux neutrons :
Commentaire. Il s'agit d'une réaction nucléaire provoquée (transmutation), et non d'une désintégration spontanée. Les deux noyaux étant chargés positivement, leur fusion suppose de franchir la barrière coulombienne : c'est la raison d'être du cyclotron et de l'énergie de 28 MeV du faisceau. L'énergie doit toutefois rester modérée, faute de quoi d'autres voies s'ouvrent, en particulier la production de \({}^{210}\mathrm{At}\) (réaction \((\alpha,3n)\)), dont le descendant \({}^{210}\mathrm{Po}\) est hautement toxique : c'est un point critique de la production pharmaceutique réelle.
Erreur classique signalée par le jury (Q2).
FAUX : « une particule α est un atome d'hélium 4 ».
JUSTE : c'est un noyau d'hélium 4, donc une entité doublement chargée
\({}^{4}_{2}\mathrm{He}^{2+}\). Un atome d'hélium porterait deux électrons et serait électriquement neutre : il ne
pourrait pas être accéléré dans un cyclotron.
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