QCM : Atomistique et modèle de Bohr — 22 questions

Explication

Dans le vide, la lumière est un rayonnement électromagnétique qui se propage à $c=3\times10^8\ \mathrm{m\,s^{-1}}$. Une valeur comme $3\times10^6\ \mathrm{m\,s^{-1}}$ correspondrait à une vitesse cent fois plus faible.

Explication

La relation $c=\lambda\nu$ donne $\nu=\frac{c}{\lambda}=\frac{3{,}0\times10^8}{6{,}0\times10^{-7}}=5{,}0\times10^{14}\ \mathrm{Hz}$. Le nombre d’onde, lui, serait exprimé en $\mathrm{m^{-1}}$ et ne correspond pas à cette fréquence.

Explication

La lumière présente une nature ondulatoire et une nature corpusculaire, car elle est constituée de photons de masse nulle. Elle ne peut donc pas être décrite comme un flux de particules chargées ou massives.

Explication

L’énergie photonique vérifie $E=\frac{hc}{\lambda}$ : elle augmente donc lorsque la longueur d’onde diminue. La fréquence augmente également puisque $c=\lambda\nu$.

Explication

Dalton concevait en 1803 la matière comme constituée d’atomes indivisibles, dont les combinaisons forment les molécules. L’existence des électrons et du noyau a été établie par des modèles ultérieurs.

Explication

Thomson identifie l’électron grâce au rayonnement cathodique et imagine les électrons plongés dans une charge positive diffuse. Le noyau central appartient au modèle nucléaire proposé ensuite par Rutherford.

Explication

Rutherford a bombardé une mince feuille d’or avec des particules alpha et a déduit l’existence d’un noyau positif autour duquel se déplacent les électrons. Le rayonnement cathodique est associé à la découverte de l’électron par Thomson.

Explication

Chadwick identifie le neutron comme une particule électriquement neutre dont la masse est voisine de celle du proton. Il se distingue ainsi de l’électron, qui porte une charge négative et a une masse beaucoup plus faible.

Explication

Le noyau atomique contient les protons et les neutrons, tandis que les électrons occupent le nuage électronique. Les électrons ne font donc pas partie du noyau.

Explication

Le nombre de masse compte tous les nucléons et se calcule par $A=Z+N=17+18=35$. La valeur $Z=17$ ne compte que les protons, tandis que $N=18$ ne compte que les neutrons.

Explication

La neutralité électrique résulte de l’égalité entre le nombre de protons et d’électrons. Un ion se forme lorsqu’un atome gagne ou perd un ou plusieurs électrons, sans que cette définition repose sur une modification du nombre de neutrons.

Explication

Les raies traduisent des échanges d’énergie discontinus et caractéristiques de l’atome d’hydrogène. Elles ne correspondent pas à une distribution continue ni à des phénomènes communs à tous les atomes.

Explication

Dans la formule de Rydberg, $n$ désigne le niveau final et $m$ le niveau initial, avec $m>n$. L’expression utilisant les carrés inverses de 2 puis de 4 respecte donc la relation donnée.

Explication

La série de Balmer se situe dans le domaine visible. La série de Lyman appartient à l’ultraviolet, tandis que Paschen, Brackett et Pfund se trouvent dans l’infrarouge.

Explication

Selon Bohr, l’électron peut occuper une orbite stationnaire sans y émettre de rayonnement. Un échange de photon se produit lors d’une transition entre deux niveaux, et non pendant le maintien sur une orbite stationnaire.

Explication

La quantification impose que le moment cinétique $mvr_n$ soit égal à un multiple entier de $h/(2\pi)$. Les autres expressions inversent ou modifient cette dépendance avec le nombre quantique.

Explication

La relation $r_n=n^2a_0$ montre que le rayon pour $n=3$ vaut $9a_0$, contre $a_0$ pour $n=1$. Le rayon croît donc avec le carré du nombre quantique.

Explication

En appliquant $E_n=-13{,}6/n^2\ \mathrm{eV}$ à $n=1$, on obtient $-13{,}6\ \mathrm{eV}$. Les niveaux excités ont des énergies supérieures, c’est-à-dire moins négatives.

Explication

Pour une absorption, le niveau final est plus énergétique que le niveau initial, donc $E_f-E_i$ est positif. La valeur négative correspond à la convention utilisée pour l’énergie échangée lors d’une émission.

Explication

Lors d’une émission, le niveau final est inférieur au niveau initial, si bien que $E_f-E_i$ est négatif dans cette convention. Une différence positive correspondrait à une transition d’absorption vers un niveau supérieur.

Explication

L’ionisation est associée à la limite $n=\infty$, où l’électron n’est plus lié et où l’énergie totale vaut $0\ \mathrm{eV}$. L’état $n=1$ décrit au contraire l’état fondamental lié.

Explication

Depuis l’état fondamental à $-13{,}6\ \mathrm{eV}$, l’électron doit atteindre la limite d’ionisation à $0\ \mathrm{eV}$, ce qui exige $13{,}6\ \mathrm{eV}$. Une énergie négative caractérise l’état lié, et non l’énergie à fournir.