QCM : Atomistique et modèles atomiques — 29 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle évolution scientifique caractérise la période comprise entre 1803 et 1817 ?

La confirmation expérimentale d’un noyau atomique chargé positivement
La découverte des électrons grâce à l’étude des rayons cathodiques
L’abandon des lois quantitatives décrivant les combinaisons chimiques
L’émergence d’une théorie atomique fondée sur des progrès expérimentaux

L’émergence d’une théorie atomique fondée sur des progrès expérimentaux

Explication

Entre 1803 et 1817, les progrès expérimentaux et l’étude des constituants de la matière favorisent l’émergence d’une théorie atomique scientifique. La découverte de l’électron et du noyau atomique intervient plus tard, tandis que les lois quantitatives sont au contraire mobilisées dans cette évolution.

2. Quelle contribution Dalton apporte-t-il à l’étude quantitative des combinaisons chimiques ?

Il démontre que chaque composé contient un seul élément dans une proportion variable
Il établit que les réactions chimiques produisent des atomes nouveaux en proportions constantes
Il reprend la loi des proportions définies et introduit celle des proportions multiples
Il remplace la loi des proportions définies par une théorie de la charge électrique

Il reprend la loi des proportions définies et introduit celle des proportions multiples

Explication

Dalton s’appuie sur les travaux de Richter et de Proust concernant les proportions définies et introduit la loi des proportions multiples. Cette dernière concerne plusieurs composés formés des mêmes éléments, contrairement à la proportion constante propre à un composé donné.

3. Comment la théorie atomique de Dalton décrit-elle une réaction chimique ?

Comme un réarrangement d’atomes très petits et indivisibles
Comme une transformation de la matière en charge électrique diffuse
Comme une disparition des atomes remplacés par de nouveaux constituants
Comme une division des atomes en particules plus petites

Comme un réarrangement d’atomes très petits et indivisibles

Explication

Pour Dalton, les réactions chimiques réarrangent des atomes très petits et indivisibles afin de former d’autres substances. L’idée d’une division des atomes ou de leur remplacement par de nouveaux constituants ne correspond pas à ce postulat.

4. Dans le modèle de Dalton, quelle comparaison entre les atomes est correcte ?

Les atomes d’un même élément ont la même masse et les mêmes propriétés
Les atomes d’éléments différents possèdent la même masse et les mêmes propriétés
Les atomes d’un même élément ont des masses variées et des propriétés opposées
Les atomes d’un même élément se distinguent par des charges électriques différentes

Les atomes d’un même élément ont la même masse et les mêmes propriétés

Explication

Le modèle de Dalton considère comme identiques les atomes appartenant à un même élément, notamment par leur masse et leurs propriétés. Il distingue au contraire les atomes d’éléments différents par ces caractéristiques.

5. Selon Dalton, comment les atomes s’associent-ils pour former des composés ?

Ils se combinent selon des rapports simples exprimés par de petits nombres entiers
Ils s’associent selon des rapports continus déterminés par la température
Ils fusionnent en proportions variables sans relation numérique régulière
Ils forment des composés selon des rapports établis par leurs charges électriques

Ils se combinent selon des rapports simples exprimés par de petits nombres entiers

Explication

Dalton affirme que les atomes se combinent selon des rapports simples, représentés par de petits nombres entiers. Cette règle ne décrit ni des proportions continûment variables ni des rapports déterminés par la température ou par une théorie des charges.

6. Que deviennent les atomes au cours d’une réaction chimique selon Dalton ?

Ils se transforment en énergie avant de former les produits
Ils se réarrangent sans être créés ni détruits
Ils sont créés lorsque les réactifs changent de propriétés
Ils sont détruits puis remplacés par des atomes du composé final

Ils se réarrangent sans être créés ni détruits

Explication

Dans la théorie de Dalton, une réaction modifie l’organisation des atomes, mais ceux-ci ne sont ni créés ni détruits. La création ou la destruction d’atomes ne constitue donc pas le mécanisme chimique décrit par ce modèle.

7. En quelle année J. J. Thomson met-il en évidence l’électron ?

En 1897, après que Stoney en a proposé l’existence
En 1803, après l’élaboration de la théorie atomique de Dalton
En 1911, après la mise en évidence du noyau par Rutherford
En 1817, après l’étude des proportions multiples par Dalton

En 1897, après que Stoney en a proposé l’existence

Explication

J. J. Thomson met en évidence l’électron en 1897, alors que Stoney en avait auparavant proposé l’existence. Les autres dates renvoient à l’histoire de la théorie atomique ou à des découvertes distinctes.

8. Comment le modèle de Thomson représente-t-il la répartition des charges dans l’atome ?

Des charges positives et négatives sont séparées en deux régions distinctes
Des électrons négatifs sont plongés dans une sphère de charge positive diffuse
Une charge positive ponctuelle est entourée d’une matière négative continue
Des électrons positifs entourent un noyau concentrant toute la charge négative

Des électrons négatifs sont plongés dans une sphère de charge positive diffuse

Explication

Le modèle de Thomson décrit une sphère de matière électriquement positive dans laquelle sont plongés des électrons négatifs, ce qui rend l’atome globalement neutre. La représentation d’un noyau concentrant la charge appartient au modèle nucléaire de Rutherford.

9. Quelle interprétation Rutherford donne-t-il en 1911 aux résultats de l’expérience de Geiger et Marsden sur une mince feuille métallique bombardée par des particules alpha ?

Ils révèlent l’existence d’un noyau atomique
Ils établissent la présence d’électrons dans le noyau
Ils prouvent que la masse est répartie uniformément
Ils montrent que les particules alpha sont électriquement neutres

Ils révèlent l’existence d’un noyau atomique

Explication

Rutherford interprète les déviations observées comme la preuve qu’une charge positive et une grande partie de la masse sont concentrées dans un noyau. L’expérience ne montre donc pas une répartition uniforme de la masse dans l’atome.

10. Dans le modèle nucléaire, quelle description rend compte à la fois de la masse et du volume de l’atome ?

Un petit noyau positif concentre presque toute la masse, tandis que le reste de l’atome est principalement vide
Les électrons concentrent presque toute la masse dans un volume entourant un noyau peu massif
Le noyau occupe presque tout le volume et les neutrons circulent autour des électrons
Les protons et les électrons se répartissent uniformément dans l’ensemble du volume atomique

Un petit noyau positif concentre presque toute la masse, tandis que le reste de l’atome est principalement vide

Explication

Le modèle nucléaire associe un noyau minuscule, positif et très massif à un volume atomique principalement vide où se déplacent les électrons. L’idée d’une masse répartie dans le nuage électronique inverse cette structure.

11. Quelle découverte est associée à Chadwick en 1932 ?

La mesure de la charge élémentaire portée par l’électron
La formulation du modèle atomique fondé sur des orbites électroniques
La découverte du noyau grâce à la diffusion des particules alpha
La découverte du neutron grâce au bombardement du béryllium

La découverte du neutron grâce au bombardement du béryllium

Explication

En 1932, Chadwick découvre le neutron en bombardant une cible de béryllium avec un faisceau de particules. La découverte du noyau appartient à l’interprétation de Rutherford en 1911.

12. Quelle structure correspond à la définition d’un atome électriquement neutre ?

Un noyau dense de protons et de neutrons entouré d’un nuage d’électrons
Un ensemble homogène de particules chargées réparties sans noyau central
Un noyau constitué d’électrons entouré d’un nuage de protons et de neutrons
Un nuage dense de protons et d’électrons entourant un noyau de neutrons

Un noyau dense de protons et de neutrons entouré d’un nuage d’électrons

Explication

Un atome possède un noyau contenant les nucléons, c’est-à-dire les protons et les neutrons, ainsi qu’un nuage d’électrons. La neutralité résulte de la compensation globale des charges positives et négatives.

13. Quelle association de charges électriques est correcte pour le proton, le neutron et l’électron ?

+1,6×10−19 C+1,6\times10^{-19}\ \mathrm{C}, −1,6×10−19 C-1,6\times10^{-19}\ \mathrm{C} et 0 C0\ \mathrm{C}
−1,6×10−19 C-1,6\times10^{-19}\ \mathrm{C}, 0 C0\ \mathrm{C} et +1,6×10−19 C+1,6\times10^{-19}\ \mathrm{C}
+1,6×10−19 C+1,6\times10^{-19}\ \mathrm{C}, 0 C0\ \mathrm{C} et −1,6×10−19 C-1,6\times10^{-19}\ \mathrm{C}
0 C0\ \mathrm{C}, +1,6×10−19 C+1,6\times10^{-19}\ \mathrm{C} et −1,6×10−19 C-1,6\times10^{-19}\ \mathrm{C}

$$+1,6\times10^{-19}\ \mathrm{C}$$, $$0\ \mathrm{C}$$ et $$-1,6\times10^{-19}\ \mathrm{C}$$

Explication

Le proton porte une charge positive, le neutron est neutre et l’électron porte une charge négative de même valeur absolue que celle du proton. L’association proposée dans la deuxième réponse inverse les charges du proton et de l’électron.

14. Deux atomes sont des isotopes lorsqu’ils possèdent…

des nombres de protons différents et le même nombre d’électrons
le même nombre de neutrons et des nombres de protons différents
le même nombre de protons et des nombres de neutrons différents
des nombres différents de protons et de neutrons dans le même noyau

le même nombre de protons et des nombres de neutrons différents

Explication

Les isotopes appartiennent au même élément car ils ont le même nombre de protons, mais leurs nombres de neutrons diffèrent. Un changement du nombre de protons correspondrait à un autre élément chimique.

15. Comment l’unité de masse atomique u\mathrm{u} est-elle définie ?

La masse d’un électron est fixée conventionnellement à 12 u12\,\mathrm{u}
La masse d’un neutron est fixée conventionnellement à 12 u12\,\mathrm{u}
La masse d’une mole de carbone 12 est fixée conventionnellement à 12 u12\,\mathrm{u}
La masse de l’atome de carbone 12 est fixée conventionnellement à 12 u12\,\mathrm{u}

La masse de l’atome de carbone 12 est fixée conventionnellement à $$12\,\mathrm{u}$$

Explication

L’unité de masse atomique est définie en prenant l’atome de carbone 12 comme référence et en lui attribuant une masse de 12 u12\,\mathrm{u}. Une mole est une quantité de matière et ne constitue pas la référence directe de cette unité de masse.

16. Quelle relation donne correctement la valeur approximative d’une unité de masse atomique ?

1 u=112m(12C)≈1,660×1027 kg1\,\mathrm{u}=\frac{1}{12}m(^{12}\mathrm{C})\approx1,660\times10^{27}\ \mathrm{kg}
1 u=16m(12C)≈1,660×10−27 kg1\,\mathrm{u}=\frac{1}{6}m(^{12}\mathrm{C})\approx1,660\times10^{-27}\ \mathrm{kg}
1 u=112m(12C)≈1,660×10−27 kg1\,\mathrm{u}=\frac{1}{12}m(^{12}\mathrm{C})\approx1,660\times10^{-27}\ \mathrm{kg}
1 u=12m(12C)≈1,660×10−27 kg1\,\mathrm{u}=12m(^{12}\mathrm{C})\approx1,660\times10^{-27}\ \mathrm{kg}

$$1\,\mathrm{u}=\frac{1}{12}m(^{12}\mathrm{C})\approx1,660\times10^{-27}\ \mathrm{kg}$$

Explication

Par définition, une unité de masse atomique correspond au douzième de la masse d’un atome de carbone 12, soit environ 1,660×10−27 kg1,660\times10^{-27}\ \mathrm{kg}. Multiplier par douze ou utiliser un exposant positif ne respecte pas cette définition.

17. Quel spectre est produit par un gaz chaud à basse pression ?

Un spectre de raies d’émission
Un spectre de raies d’absorption
Un spectre continu traversant un gaz froid
Un spectre continu d’émission

Un spectre de raies d’émission

Explication

Un gaz chaud à basse pression émet un spectre constitué de raies à des longueurs d’onde particulières. Un spectre de raies d’absorption apparaît plutôt lorsqu’un spectre continu traverse un gaz froid.

18. Dans le vide, quelle relation permet de déterminer la fréquence d’un rayonnement connaissant sa longueur d’onde ?

ν=1cλ\nu=\frac{1}{c\lambda}
ν=cλ\nu=\frac{c}{\lambda}
ν=cλ\nu=c\lambda
ν=λc\nu=\frac{\lambda}{c}

$$\nu=\frac{c}{\lambda}$$

Explication

La relation λν=c\lambda\nu=c donne ν=cλ\nu=\frac{c}{\lambda}, où cc est la vitesse de la lumière dans le vide. La longueur d’onde et la fréquence sont donc inversement liées, et non proportionnelles.

19. Quelle expression donne l’énergie d’un photon de longueur d’onde λ\lambda ?

E=hcλE=hc\lambda
E=λhcE=\frac{\lambda}{hc}
E=hcλE=\frac{hc}{\lambda}
E=hλcE=\frac{h\lambda}{c}

$$E=\frac{hc}{\lambda}$$

Explication

L’énergie photonique s’écrit E=hνE=h\nu et, avec ν=cλ\nu=\frac{c}{\lambda}, devient E=hcλE=\frac{hc}{\lambda}. Une expression proportionnelle à λ\lambda inverserait la dépendance correcte entre énergie et longueur d’onde.

20. Que désigne l’effet photoélectrique ?

La diffraction d’un rayonnement par un réseau matériel ordonné
L’émission d’électrons par une matière irradiée suffisamment énergétiquement
La production de lumière par des électrons accélérés dans un conducteur
L’absorption de photons sans émission de particules chargées

L’émission d’électrons par une matière irradiée suffisamment énergétiquement

Explication

L’effet photoélectrique correspond à l’émission d’un ou plusieurs électrons lorsqu’une matière reçoit un rayonnement d’énergie suffisante. La diffraction concerne la propagation des ondes, tandis que l’absorption sans émission ne décrit pas cet effet.

21. Dans l’interprétation photonique de l’effet photoélectrique, quelle équation exprime le bilan énergétique ?

hν−Ws=mev2h\nu-W_s=m_ev^2
Ws−hν=12mev2W_s-h\nu=\frac{1}{2}m_ev^2
hν−Ws=12mev2h\nu-W_s=\frac{1}{2}m_ev^2
hν+Ws=12mev2h\nu+W_s=\frac{1}{2}m_ev^2

$$h\nu-W_s=\frac{1}{2}m_ev^2$$

Explication

Le bilan énergétique établi dans l’interprétation photonique s’écrit hν−Ws=Ec=12mev2h\nu-W_s=E_c=\frac{1}{2}m_ev^2. Ajouter le travail d’extraction à l’énergie du photon ne respecte pas la conservation de l’énergie lors de l’émission.

22. Quelle caractéristique fondamentale le modèle de Bohr attribue-t-il aux états d’énergie atomiques ?

Ils varient continûment et possèdent plusieurs états minimaux équivalents
Ils dépendent uniquement de l’intensité du rayonnement incident
Ils sont tous séparés par une énergie identique dans chaque atome
Ils sont discrets et comprennent un état fondamental minimal

Ils sont discrets et comprennent un état fondamental minimal

Explication

Le modèle de Bohr décrit des états d’énergie discontinus, avec un état fondamental correspondant à l’énergie minimale. Cette quantification s’oppose à l’idée d’une variation énergétique continue.

23. Lorsqu’un atome effectue une transition entre deux niveaux d’énergie, quelle relation décrit l’énergie du photon échangé ?

ΔE=hλ\Delta E=h\lambda
ΔE=hν\Delta E=h\nu
ΔE=νh\Delta E=\frac{\nu}{h}
ΔE=hν\Delta E=\frac{h}{\nu}

$$\Delta E=h\nu$$

Explication

L’énergie associée à la transition est celle du photon, et elle vérifie ΔE=hν\Delta E=h\nu. Une relation faisant intervenir directement λ\lambda doit d’abord utiliser la relation entre longueur d’onde et fréquence.

24. Dans la formule de Rydberg pour l’hydrogène, quelle condition les entiers mm et kk doivent-ils respecter ?

m>km>k
k>mk>m
k=0k=0
k=mk=m

$$k>m$$

Explication

La formule 1λ=RH(1m2−1k2)\frac{1}{\lambda}=R_H\left(\frac{1}{m^2}-\frac{1}{k^2}\right) s’utilise avec kk supérieur à mm pour décrire les raies de l’hydrogène. L’égalité des deux entiers annulerait la différence et ne produirait pas une raie de transition.

25. Quelle idée résume la dualité onde-corpuscule appliquée aux particules matérielles ?

Une onde lumineuse devient une particule dès qu’elle traverse un milieu matériel
Une particule matérielle peut être associée à un comportement ondulatoire défini par une longueur d’onde
Une particule matérielle perd sa masse lorsqu’elle manifeste un comportement ondulatoire
Une particule matérielle possède une charge qui varie comme une longueur d’onde

Une particule matérielle peut être associée à un comportement ondulatoire défini par une longueur d’onde

Explication

La dualité onde-corpuscule associe aux particules matérielles un comportement ondulatoire caractérisé par une longueur d’onde. L’idée d’une variation de charge ne décrit pas cette dualité et concerne une propriété différente de la particule.

26. Comment varie la longueur d’onde de De Broglie d’une particule lorsque sa quantité de mouvement augmente à masse constante ?

Elle reste constante, car elle ne dépend pas du mouvement
Elle devient nulle, car la particule acquiert une vitesse plus élevée
Elle augmente, car elle est proportionnelle à la quantité de mouvement
Elle diminue, car elle est inversement proportionnelle à la quantité de mouvement

Elle diminue, car elle est inversement proportionnelle à la quantité de mouvement

Explication

La relation de De Broglie est λ=hp=hmv\lambda=\frac{h}{p}=\frac{h}{mv}, donc une augmentation de pp entraîne une diminution de λ\lambda. La proposition inverse confond une proportionnalité directe avec la dépendance inverse donnée par la formule.

27. Selon l’interprétation de Born, quelle grandeur représente la densité de probabilité de présence d’une particule ?

Le module de la fonction d’onde, ∣ψ∣=dPdV|\psi|=\frac{dP}{dV}
La dérivée temporelle de la fonction d’onde, ∂ψ∂t=dPdV\frac{\partial\psi}{\partial t}=\frac{dP}{dV}
La fonction d’onde elle-même, ψ=dPdV\psi=\frac{dP}{dV}
Le carré du module de la fonction d’onde, ∣ψ∣2=dPdV|\psi|^2=\frac{dP}{dV}

Le carré du module de la fonction d’onde, $$|\psi|^2=\frac{dP}{dV}$$

Explication

Pour Born, le carré du module de la fonction d’onde donne la densité de probabilité de présence, soit ∣ψ∣2=dPdV|\psi|^2=\frac{dP}{dV}. La fonction ψ\psi seule n’est pas la probabilité et ne doit pas être identifiée directement à cette densité.

28. Quelle condition définit un système hydrogénoïde ?

Il possède un seul électron dans son cortège électronique
Il possède deux électrons répartis sur deux niveaux d’énergie
Il correspond à un noyau dépourvu de toute charge électrique
Il contient plusieurs électrons soumis à des interactions entre eux

Il possède un seul électron dans son cortège électronique

Explication

Un système hydrogénoïde est un atome ou un ion qui ne comporte qu’un seul électron. Un système polyélectronique contient plusieurs électrons, dont les interactions modifient la description du système.

29. Pour un système hydrogénoïde de charge nucléaire zeze, quelle expression décrit l’énergie potentielle électrostatique à la distance rr du noyau ?

V=ze24πε0rV=\frac{ze^2}{4\pi\varepsilon_0}r
V=−ze24πε01rV=-\frac{ze^2}{4\pi\varepsilon_0}\frac{1}{r}
V=ze24πε01rV=\frac{ze^2}{4\pi\varepsilon_0}\frac{1}{r}
V=−ze24πε0rV=-\frac{ze^2}{4\pi\varepsilon_0}r

$$V=-\frac{ze^2}{4\pi\varepsilon_0}\frac{1}{r}$$

Explication

L’interaction entre le noyau positif et l’électron négatif est attractive, d’où l’expression négative V=−ze24πε01rV=-\frac{ze^2}{4\pi\varepsilon_0}\frac{1}{r}. Le signe positif correspondrait à une interaction répulsive, tandis qu’une dépendance en rr ne respecte pas la loi en inverse de la distance.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 63 flashcards sur Atomistique et modèles atomiques.

Quel philosophe grec est fondateur de l’atomistique vers 360-370 av. J.-C. ?

Le philosophe grec fondateur est Démocrite.

Que signifie le terme grec atomos ?

Atomos signifie « insécable ».

Qu'est-ce qu'un atome philosophique dans l'Antiquité ?

Un constituant invisible, différent, éternel et en mouvement de la matière.

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