QCM : Atomistique et modèle de Bohr (29 questions)

Explication

La lumière présente une nature ondulatoire par sa propagation et une nature corpusculaire parce qu’elle est composée de photons. L’interprétation en termes d’atomes chargés ou de molécules vibrantes ne correspond pas à cette dualité.

Explication

Dans le vide, la vitesse de la lumière vaut $c=3\times10^{8}\ \mathrm{m\,s^{-1}}$. Les autres valeurs modifient l’ordre de grandeur ou le signe de l’exposant et ne représentent pas la célérité lumineuse.

Explication

La célérité, la longueur d’onde et la fréquence sont reliées par $c=\lambda\nu$. La fréquence est l’inverse de la période, tandis que le nombre d’onde est l’inverse de la longueur d’onde, ce qui exclut les deux rapports proposés.

Explication

L’expression $E=h\frac{c}{\lambda}$ montre qu’à vitesse constante l’énergie augmente lorsque $\lambda$ diminue. La confusion avec une proportionnalité directe à la longueur d’onde inverse cette relation.

Explication

Une mole est une quantité de matière définie par un nombre d’unités élémentaires égal au nombre d’atomes présents dans 12 g de carbone 12. L’unité de masse atomique concerne une masse, et non une quantité de matière.

Explication

Le nombre d’Avogadro vaut $N_A=6{,}022\times10^{23}\ \mathrm{mol^{-1}}$ et indique le nombre d’entités par mole. La valeur en joules caractérise l’électron-volt, tandis que celle en kilogrammes correspond à l’unité de masse atomique.

Explication

Un électron-volt est l’énergie acquise par un électron initialement au repos lorsqu’il est accéléré par une différence de potentiel de un volt. Il s’agit d’une unité d’énergie, et non d’une masse, d’une énergie molaire ou d’une charge.

Explication

L’équivalence masse-énergie est donnée par $E=mc^2$, où la masse est multipliée par le carré de la vitesse de la lumière. Les autres expressions ne correspondent pas à cette relation physique.

Explication

En 1803, Dalton décrit la matière comme constituée d’atomes simples, indivisibles, insécables et indestructibles. Les électrons, le noyau positif et les neutrons appartiennent à des modèles ou découvertes postérieurs.

Explication

En 1897, Thomson découvre les électrons en étudiant le rayonnement cathodique. La mise en évidence du noyau est attribuée à Rutherford, celle du neutron à Chadwick, et l’idée d’atomes indivisibles à Dalton.

Explication

Rutherford utilise en 1911 le bombardement d’une feuille d’or par des particules alpha pour établir l’existence d’un noyau positif. Le rayonnement cathodique est associé à la découverte des électrons par Thomson.

Explication

En 1932, Chadwick identifie le neutron comme une particule présente dans le noyau, de masse 1 et de charge électrique nulle. La charge négative caractérise l’électron, tandis que le proton est positif.

Explication

Le nombre de masse compte l’ensemble des nucléons, donc $A=Z+N=17+18=35$. Le numéro atomique $Z$ correspond seulement au nombre de protons et ne permet pas d’obtenir directement le nombre de masse.

Explication

Un ion se forme lorsqu’un atome perd ou gagne un ou plusieurs électrons, ce qui rompt l’égalité entre protons et électrons. Une variation du nombre de neutrons concerne plutôt les isotopes.

Explication

Des isotopes possèdent le même nombre de protons, donc le même $Z$, mais des nombres de neutrons différents, ce qui entraîne des nombres de masse différents. Des éléments différents se distinguent au contraire par leur numéro atomique.

Explication

La masse atomique moyenne est une moyenne pondérée, donnée par $m_X=\sum_i a_i m_{X,i}$. La simple sélection de l’isotope dominant ou l’addition non pondérée des masses ne tient pas compte de la contribution de chaque abondance.

Explication

Un noyau stable ne se désintègre pas et possède une durée de vie illimitée, alors qu’un noyau instable peut émettre des rayonnements lors d’une désintégration radioactive. La stabilité ne se définit pas simplement par une proportion fixe de protons ou de neutrons.

Explication

Le défaut de masse est la différence entre la masse théorique des nucléons séparés et la masse expérimentale du noyau, soit $\Delta m=M_{théorique}-M_{noyau,exp}$. L’énergie de liaison est la grandeur énergétique associée à ce défaut de masse, et non une différence de masses elle-même.

Explication

L’énergie de liaison est l’énergie à fournir pour dissocier un noyau en protons et neutrons, et elle vérifie $\Delta L=\Delta m c^2$. L’énergie d’ionisation concerne l’arrachement d’un électron, donc un phénomène électronique plutôt que nucléaire.

Explication

Les échanges d’énergie discontinus produisent des raies spectrales à des longueurs d’onde caractéristiques de l’hydrogène. Un spectre continu ne permettrait pas d’identifier ces transitions propres à l’atome.

Explication

La formule de Rydberg utilise le niveau final $n$ en premier et le niveau initial $m>n$ en second : $\frac{1}{\lambda}=R_H\left(\frac{1}{n^2}-\frac{1}{m^2}\right)$. Inverser les niveaux rendrait le membre de droite négatif, ce qui ne convient pas à une longueur d’onde.

Explication

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

Explication

Bohr postule que certaines orbites n’émettent pas de rayonnement et que le moment cinétique y est quantifié par la relation donnée. Le modèle classique prévoit au contraire un rayonnement continu de l’électron en orbite.

Explication

La relation $r_n=n^2a_0$ donne ici $r_3=9\times0{,}53=4{,}77\ \mathrm{Å}$. La valeur $1{,}59\ \mathrm{Å}$ correspondrait à une multiplication linéaire par $n$ plutôt qu’à une dépendance en $n^2$.

Explication

En appliquant $E_n=-13{,}6\frac{1}{n^2}\ \mathrm{eV}$ avec $n=2$, on obtient $E_2=-13{,}6/4=-3{,}4\ \mathrm{eV}$. L’énergie de l’état fondamental vaut $-13{,}6\ \mathrm{eV}$, tandis qu’un état lié possède une énergie négative.

Explication

L’absorption fait passer l’électron vers un niveau final plus énergétique, ce qui augmente l’énergie totale de l’atome. Le passage vers un niveau moins énergétique caractérise une émission plutôt qu’une absorption.

Explication

Pour une absorption, le niveau final est plus énergétique que le niveau initial, donc $E_f-E_i>0$ et cette différence égale l’énergie positive du photon. La différence inversée correspondrait au signe associé à une perte d’énergie de l’atome.

Explication

Lors d’une émission, l’électron descend vers un niveau moins énergétique, de sorte que $E_f-E_i<0$ pour l’atome. Le photon émis possède toutefois une énergie positive en valeur, tandis que la variation énergétique de l’atome est négative.

Explication

L’ionisation depuis l’état fondamental mène à $n=\infty$, dont l’énergie totale est $0\ \mathrm{eV}$, contre $-13{,}6\ \mathrm{eV}$ initialement ; il faut donc fournir $13{,}6\ \mathrm{eV}$. La valeur nulle décrit l’énergie finale de l’atome ionisé, pas l’énergie minimale apportée.