QCM : Atome et radioactivité (28 questions)

Explication

Démocrite défend vers 400 av. J.-C. l’idée que les atomes sont indivisibles. La théorie des quatre éléments est associée à Aristote, la renaissance atomique à Dalton et la transformation de la matière à Lavoisier.

Explication

Aristote contribue à l’abandon de l’atome au profit de la théorie des quatre éléments. L’indivisibilité est défendue par Démocrite, la transformation de la matière est formulée par Lavoisier et la renaissance atomique est associée à Dalton.

Explication

Le nombre de masse est la somme des protons et des neutrons : $A = 11 + 12 = 23$. $11$ correspond au numéro atomique, $12$ au nombre de neutrons et $1$ à leur différence.

Explication

Le numéro atomique $Z$ correspond au nombre de protons du noyau, donc $Z = 15$. $31$ est le nombre total de nucléons, $16$ le nombre de neutrons et $1$ leur différence.

Explication

Dans un atome neutre, le nombre d’électrons est égal au nombre de protons : il possède donc 17 électrons. Le total des protons et des neutrons correspond au nombre de masse, et 18 électrons indiqueraient ici une charge négative.

Explication

Les isotopes d’un élément ont le même nombre de protons, mais des nombres de masse différents. Avoir le même nombre de neutrons ou le même nombre de masse ne définit pas les isotopes, et le nombre d’électrons peut varier selon la charge de l’espèce.

Explication

Le défaut de masse est converti en énergie par la relation d’Einstein $E=\Delta m\,c^2$. La formule $E=\Delta m\,c$ oublie le carré, $E=m\,c^2$ emploie la masse totale, et la division par $c^2$ inverse la relation.

Explication

La loi de Soddy impose la conservation simultanée du nombre de masse $A$ et du numéro atomique $Z$ lors d’une désintégration. Les choix qui ne conservent qu’une seule de ces grandeurs appliquent la règle de façon incomplète.

Explication

Une particule alpha est un noyau d’hélium 4, peu pénétrant dans l’air et arrêté par du papier. L’électron correspond à l’émission bêta moins, l’onde électromagnétique au rayonnement gamma, et un proton isolé n’est pas la définition d’une particule alpha.

Explication

En émission bêta moins, un neutron se transforme en proton et un électron est émis. L’expulsion de deux protons et deux neutrons décrit une émission alpha, tandis que les autres réponses inversent ou modifient le mécanisme bêta moins.

Explication

La loi est $\frac{dN}{dt}=-\lambda N$ ; ainsi $-0{,}02\times800=-16\ \text{noyaux}\,\text{s}^{-1}$. Le signe positif néglige la diminution, et les valeurs issues d’une division ou d’un produit avec le temps n’appliquent pas cette loi.

Explication

La loi intégrée est $N(t)=N_0e^{-\lambda t}$ ; ici, $\lambda t=0{,}1\times5=0{,}5$, donc $N(5)=1200e^{-0{,}5}$. L’exposant positif ferait croître l’effectif, tandis que les autres choix remplacent la décroissance exponentielle par une soustraction ou une approximation linéaire.

Explication

La période radioactive vérifie $T_{1/2}=\frac{\ln 2}{\lambda}$ ; avec cette constante, elle vaut $\frac{\ln 2}{0{,}25}$ jour. Le rapport inversé, l’inverse de $\lambda$ et l’ajout d’un facteur deux ne respectent pas la relation.

Explication

L’activité mesure le nombre de désintégrations par unité de temps et s’exprime en becquerels. Le nombre de noyaux présents correspond à $N$, la durée de division par deux à la période, et la constante radioactive est $\lambda$.

Explication

Les réactions nucléaires artificielles comprennent la transmutation, la fission et la fusion. La radioactivité et la désintégration ne remplacent pas la transmutation dans cette classification, tandis que la combustion est une réaction chimique.

Explication

Les neutrons issus d’une fission peuvent provoquer d’autres fissions et entretenir une réaction en chaîne ; les barres de contrôle régulent ce processus en contrôlant les neutrons. Produire les neutrons confond leur rôle avec celui des fissions, et la fusion ou le stockage d’énergie ne décrivent pas le rôle des barres.

Explication

Dans le modèle de Bohr, le spectre lumineux des gaz met en évidence des états d’énergie quantifiés. Une énergie continue contredit cette quantification ; les raies ne décrivent ni la composition du noyau ni l’absence de niveaux.

Explication

L’énergie d’un photon est donnée par $E=h\nu$, où $h$ est la constante de Planck et $\nu$ la fréquence. La division inverse la relation, $\lambda$ est la longueur d’onde et non la fréquence, et la fréquence seule omet le facteur $h$.

Explication

Le rayon vérifie $r_n=n^2r_1$ ; le rapport vaut donc $r_4/r_2=4^2/2^2=4$. Le facteur $2$ suppose une proportionnalité directe à $n$, tandis que les facteurs inverses confondent le rayon avec la dépendance en $1/n^2$ de l’énergie ou inversent le rapport.

Explication

Un spectre d’émission correspond au passage de $n_2$ vers $n_1$, donc d’un niveau supérieur vers un niveau inférieur. L’absorption correspond au passage inverse vers un niveau supérieur ; une transition entre niveaux inférieurs ne caractérise pas le passage décrit.

Explication

Le modèle quantique décrit la présence de l’électron en termes de probabilité, contrairement aux orbites déterminées du modèle de Bohr. L’orbite déterminée relève de Bohr, la position fixe confond probabilité et localisation certaine, et le niveau d’énergie seul ne décrit pas la distribution spatiale.

Explication

Le nombre quantique principal détermine la couche : K correspond à $n=1$, L à $n=2$ et M à $n=3$. $n=1$ et $n=2$ désignent respectivement K et L, tandis que $\ell$ caractérise le type et la forme de l’orbitale.

Explication

Le nombre secondaire prend les valeurs entières de zéro à $n-1$ ; pour $n=3$, il peut donc valoir $0, 1$ ou $2$. Inclure $3$ dépasse la limite, les valeurs négatives concernent $m_\ell$, et omettre zéro écarte une valeur permise.

Explication

Le nombre magnétique prend toutes les valeurs entières de $-\ell$ à $+\ell$ ; avec $\ell=2$, cela donne cinq valeurs de $-2$ à $2$. Les valeurs non négatives omettent une partie des orientations, les bornes $\pm3$ dépassent $\ell$, et les seules bornes excluent les valeurs intermédiaires.

Explication

Pauli interdit que deux électrons d’un même atome aient les quatre mêmes nombres quantiques ; deux électrons dans la même orbitale ont donc des spins opposés. Les spins parallèles correspondent à une confusion avec la règle de Hund pour des orbitales de même énergie, et deux électrons peuvent bien partager une orbitale si leurs spins diffèrent.

Explication

Le principe de stabilité conduit à remplir les niveaux d’énergie les plus bas, dans la limite des places disponibles. La répartition entre orbitales de même énergie relève de Hund, le niveau le plus élevé contredit la priorité énergétique, et le choix indépendant de l’énergie ignore la règle.

Explication

La règle de Hund impose d’occuper d’abord séparément les orbitales de même énergie, avec des spins parallèles. Des spins opposés dans une orbitale commune correspondent à Pauli après appariement, et l’appariement immédiat ou le choix d’une orbitale prétendument plus basse ne respecte pas cette première répartition.

Explication

La règle compare d’abord $n+\ell$ ; si les sommes sont égales, la sous-couche de plus petit $n$ se remplit d’abord. Pour $3p$, la somme vaut $3+1=4$ ; pour $4s$, elle vaut $4+0=4$, donc $3p$ passe avant. Se fier à $n$ seul, à $\ell$ seul ou privilégier le plus grand $n$ applique une mauvaise priorité.