QCM : Atomistique et orbitales atomiques — 32 questions

Explication

Le nombre de masse $A$ compte tous les nucléons du noyau, soit les protons et les neutrons. Le numéro atomique $Z$, et non $A$, indique le nombre de protons.

Explication

Dans un atome neutre, le nombre de protons est égal au nombre d’électrons, et tous deux correspondent à $Z$. Le nombre total de protons et de neutrons correspond plutôt au nombre de masse $A$.

Explication

Le nombre de neutrons se calcule avec $N=A-Z$, donc $N=23-11=12$. La valeur $11$ correspond ici au nombre de protons, tandis que $23$ représente le nombre total de nucléons.

Explication

Deux isotopes possèdent le même numéro atomique $Z$, mais des nombres de masse $A$ différents en raison d’un nombre de neutrons différent. Des nombres de masse identiques ne définissent donc pas des isotopes.

Explication

Le diamètre atomique est de l’ordre de $1\,\text{Å}=10^{-10}\,\text{m}$, tandis que la masse de l’atome est approximativement celle de son noyau. Le cortège électronique détermine surtout le volume, mais contribue peu à la masse.

Explication

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

Explication

Max Planck a introduit l’idée que l’énergie peut être quantifiée et prendre des valeurs discrètes. L’hypothèse d’une variation continue correspond à la conception classique de l’énergie.

Explication

L’énergie du photon s’écrit $E=h\nu$ et peut également être exprimée sous la forme $E=m_0c^2$. Une division par la fréquence ou une puissance supplémentaire de $\nu$ ne correspond pas à la relation donnée.

Explication

Un hydrogénoïde est un cation ne possédant qu’un seul électron, comme Li²⁺. Li⁺ possède encore deux électrons, tandis que l’atome Li en possède trois.

Explication

Dans le modèle de Bohr, N = 1 correspond à l’état fondamental, les valeurs supérieures à des états excités et N = ∞ à l’état ionisé. L’état fondamental est aussi celui de plus basse énergie.

Explication

Une montée vers un niveau d’énergie supérieur nécessite l’absorption d’énergie. L’émission correspond au cas inverse, lorsque l’électron descend vers un niveau inférieur.

Explication

La série de Balmer regroupe les transitions électroniques aboutissant à n = 2 et se situe dans le domaine visible. Lyman concerne n = 1 dans l’ultraviolet, tandis que Paschen concerne n = 3 dans l’infrarouge.

Explication

L’hypothèse de De Broglie associe une longueur d’onde aux particules en mouvement, notamment aux électrons. Elle introduit ainsi la dualité onde-corpuscule, absente de la description classique d’une particule sans onde associée.

Explication

Le principe de Heisenberg limite la connaissance précise et simultanée de la position et de la vitesse d’une particule. Il ne porte pas sur l’impossibilité de déterminer simultanément sa masse et sa charge.

Explication

Une orbitale atomique est une zone de l’espace caractérisée par une probabilité maximale de présence de l’électron. Elle ne correspond donc pas à une trajectoire classique déterminée.

Explication

Le nombre quantique principal n décrit la couche électronique ainsi que le volume de l’orbitale, avec n > 0. La sous-couche et la forme sont caractérisées par ℓ, tandis que l’orientation dépend de mℓ.

Explication

La correspondance est s pour ℓ = 0, p pour ℓ = 1, d pour ℓ = 2 et f pour ℓ = 3. Le nombre quantique ℓ décrit donc la sous-couche et la forme de l’orbitale.

Explication

Le nombre d’orbitales est donné par 2ℓ + 1 ; pour ℓ = 2, il vaut donc 5. Les valeurs possibles de mℓ sont −2, −1, 0, +1 et +2.

Explication

Une orbitale s présente une symétrie sphérique autour du noyau et l’orbitale ns comporte n − 1 coques nodales. La géométrie bilobée correspond aux orbitales p, non aux orbitales s.

Explication

Les orbitales p sont constituées de deux lobes de signes opposés séparés par un plan nodal et existent selon les orientations pₓ, pᵧ et p𝓏. La forme sphérique est celle des orbitales s.

Explication

Pour 4s et 3d, la valeur de n + ℓ est respectivement 4 et 5, donc 4s est remplie avant 3d. Le nombre quantique principal seul ne suffit pas à déterminer l’ordre énergétique.

Explication

Le remplissage usuel commence par 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d puis 4p. L’inversion entre 4s et 3d est une confusion fréquente avec l’ordre des nombres quantiques principaux.

Explication

Le principe d’exclusion de Pauli limite une orbitale à deux électrons, qui doivent avoir des spins antiparallèles. Deux électrons de même orbitale ne peuvent pas posséder les quatre mêmes nombres quantiques.

Explication

La règle de Hund favorise d’abord l’occupation séparée des orbitales dégénérées avec un maximum de spins parallèles. L’appariement intervient après cette occupation initiale.

Explication

Le tableau périodique classe les éléments selon leur numéro atomique Z croissant et distingue les blocs s, p, d et f. La masse atomique et le nombre de neutrons ne constituent pas le principe d’organisation principal.

Explication

Les halogènes possèdent une configuration de valence ns²np⁵, avec sept électrons de valence. Une couche de valence saturée caractérise les gaz rares, tandis que ns¹ correspond aux alcalins.

Explication

Un atome peut perdre des électrons lorsqu’il en possède un en trop pour atteindre une configuration stable, et les électrons s sont retirés avant les électrons d dans le bloc d. La perte ne commence donc pas par les électrons d.

Explication

Dans une période, la charge nucléaire effective augmente, ce qui tend à réduire le rayon atomique et à renforcer l’attraction exercée sur les électrons de liaison. L’augmentation du rayon concerne plutôt la progression au sein d’une famille.

Explication

L’hybridation combine linéairement des orbitales atomiques afin de former de nouvelles orbitales qui décrivent les liaisons et les angles d’une molécule polyatomique. Le recouvrement, en revanche, peut mettre en jeu des orbitales atomiques pures et ne constitue pas la définition de l’hybridation.

Explication

L’hybridation sp² produit une disposition trigonale plane, dont les angles sont proches de 120°. La géométrie tétraédrique à environ 109°28′ correspond à sp³, tandis que la géométrie linéaire correspond à sp.

Explication

Une liaison double associe une liaison σ à une liaison π, alors qu’une liaison triple associe une liaison σ à deux liaisons π. La liaison σ constitue donc un élément commun aux deux types de liaisons multiples.

Explication

Un ordre de liaison plus élevé rapproche les atomes en diminuant la distance interatomique, tandis qu’une liaison π empêche la rotation autour de l’axe internucléaire. L’idée selon laquelle la rotation devient plus facile contredit précisément l’effet de la liaison π.