QCM : Atomistique et modèle quantique — 28 questions

Explication

Le proton est chargé positivement avec une charge $+e$, alors que le neutron ne possède pas de charge électrique. La confusion fréquente consiste à attribuer au neutron la charge positive du proton.

Explication

Le numéro atomique $Z$ est défini par le nombre de protons présents dans le noyau et identifie ainsi l’élément chimique. Le nombre total de nucléons correspond à une autre caractéristique, liée au nombre de masse.

Explication

Des isotopes appartiennent au même élément, donc possèdent le même numéro atomique, mais leur nombre de nucléons diffère. Des numéros atomiques différents correspondent à des éléments chimiques différents.

Explication

Un anion se forme lorsqu’un atome gagne des électrons, ce qui lui confère une charge négative. La perte d’électrons forme au contraire un cation chargé positivement.

Explication

La vitesse de propagation du rayonnement électromagnétique est donnée par le produit de la longueur d’onde et de la fréquence, soit $c=\lambda\nu$. Les rapports inverses ne respectent pas cette relation ondulatoire.

Explication

L’énergie d’un quantum est proportionnelle à la fréquence selon $E=h\nu$, et peut aussi s’écrire $E=\frac{hc}{\lambda}$. Une fréquence plus élevée correspond donc à une énergie plus grande, tandis que l’énergie diminue lorsque la longueur d’onde augmente.

Explication

Une excitation nécessite l’absorption d’un photon dont l’énergie correspond exactement à la différence entre les deux niveaux quantifiés. L’émission d’un photon caractérise au contraire une désexcitation.

Explication

Lors d’une désexcitation, l’électron perd de l’énergie en rejoignant un niveau plus stable, et cette énergie est libérée sous forme d’un photon. L’absorption d’un photon correspond au processus inverse, l’excitation.

Explication

L’effet photoélectrique se produit lorsque la fréquence incidente dépasse la fréquence seuil du matériau, et l’énergie vérifie alors $h\nu_{incident}=h\nu_{seuil}+E_c$. Une fréquence inférieure au seuil ne fournit pas l’énergie nécessaire à l’émission.

Explication

La relation de de Broglie associe à une particule de quantité de mouvement $p$ la longueur d’onde $\lambda=\frac{h}{p}$. Les particules macroscopiques possèdent généralement des longueurs d’onde négligeables en raison de leur grande quantité de mouvement.

Explication

Le principe d’incertitude impose que le produit des incertitudes de position et de quantité de mouvement soit au moins égal à $\frac{h}{4\pi}$. Une égalité stricte ne représente pas toutes les situations permises par ce principe.

Explication

La mécanique quantique décrit l’électron par une probabilité de présence distribuée dans l’espace plutôt que par une trajectoire déterminée. Une orbite circulaire correspond à une représentation classique, notamment associée au modèle de Bohr.

Explication

Le modèle quantique conserve l’idée d’énergies quantifiées introduite par Bohr, mais remplace ses orbites circulaires par une description en termes d’états quantiques. Les orbites circulaires ne représentent pas correctement les spectres de raies.

Explication

Dans cette équation, $\Psi$ est la fonction propre qui décrit l’état quantique, tandis que $E$ est la valeur propre énergétique associée. Confondre ces rôles revient à attribuer à la fonction d’onde une grandeur qui correspond à l’énergie du système.

Explication

Les nombres quantiques autorisés vérifient les quatre contraintes données, notamment la dépendance de $m$ à $l$ et les deux valeurs possibles de $m_s$. Le nombre magnétique n’est donc pas indépendant de $l$, tandis que le spin électronique vaut $\pm\frac{1}{2}$.

Explication

La correspondance standard est s pour $l=0$, p pour $l=1$, d pour $l=2$ et f pour $l=3$. La confusion entre s et p revient à intervertir les deux premières valeurs de $l$.

Explication

Dans un atome hydrogénoïde, les états caractérisés par une même valeur de $n$ sont dégénérés, c’est-à-dire qu’ils possèdent la même énergie. Cette dégénérescence n’impose pas qu’ils aient la même forme spatiale ni la même valeur de $m$.

Explication

En cas d’égalité de $n+l$, la règle de Klechkowski donne la priorité à la sous-couche ayant le plus petit nombre quantique principal $n$. Le nombre d’orbitales ne détermine pas l’ordre de remplissage dans cette règle.

Explication

La règle de Pauli interdit que deux électrons d’un même atome aient les quatre nombres quantiques identiques. Deux électrons peuvent occuper la même orbitale si leurs spins sont opposés, car leur nombre quantique de spin diffère.

Explication

La règle de Hund impose une occupation individuelle des orbitales dégénérées avec des spins parallèles avant l’appariement. La formation précoce d’une paire contredit cette organisation énergétiquement favorable.

Explication

Les propriétés chimiques dépendent principalement de la similarité des couches de valence, qui participent aux liaisons et à la réactivité. Les électrons de cœur contribuent beaucoup moins directement à ces comportements.

Explication

Le rayon atomique diminue le long d’une période en raison de la contraction des orbitales et augmente dans une colonne lorsque de nouvelles couches électroniques sont ajoutées. L’augmentation périodique n’est donc pas la tendance générale.

Explication

Les électrons de valence sont retirés avant ceux du cœur, puis un saut énergétique important apparaît lorsqu’il faut arracher un électron interne. Les énergies d’ionisation restent positives durant ces arrachements.

Explication

L’électronégativité mesure l’attraction exercée par un atome sur les électrons d’une liaison et l’échelle de Pauling est sans unité. L’affinité électronique concerne plutôt la fixation d’un électron par un atome isolé.

Explication

La charge nucléaire effective est la charge positive effectivement perçue par un électron après prise en compte de l’écran exercé par les autres électrons. Les neutrons ne constituent pas l’origine de cet écran électronique.

Explication

Le modèle de Slater relie la charge nucléaire effective à la charge nucléaire et à la constante d’écran par $Z^* = Z - \sigma$. La constante d’écran réduit donc la charge du noyau effectivement ressentie par l’électron.

Explication

Le rayon atomique estimé est proportionnel à $n^2$ et inversement proportionnel à la charge nucléaire effective de valence, selon la relation donnée. L’expression inversant ces deux dépendances ne respecte pas cette formule.

Explication

La relation $E_n=-13{,}6\frac{(Z_n^*)^2}{n^2}$ montre qu’une augmentation de $Z_n^*$ accroît la valeur absolue de l’énergie négative. L’écran électronique peut modifier la charge effective, mais il ne transforme pas cette dépendance en une énergie moins négative à $n$ fixé.