QCM : Atomistique et structure électronique (42 questions)

Explication

Un atome possède un noyau contenant des protons et des neutrons, ainsi que des électrons négatifs autour de lui. Dans un atome neutre, le nombre d’électrons égale le nombre de protons, contrairement à un ion.

Explication

Le nombre de masse est la somme des protons et des neutrons : $A=Z+N=17+18=35$. La valeur $Z=17$ correspond au nombre de charge, et non au nombre total de nucléons.

Explication

Des isotopes appartiennent au même élément parce qu’ils possèdent le même nombre de protons, mais leurs nombres de neutrons diffèrent. Un changement du nombre de protons définirait un autre élément chimique.

Explication

La perte d’électrons produit un cation positif, tandis que le gain d’électrons produit un anion négatif. La différence entre ces ions porte donc sur le rapport entre électrons et protons.

Explication

La constante d’Avogadro vaut exactement $6{,}02214076\times10^{23}\ \mathrm{mol^{-1}}$. La masse molaire décrit une masse par mole, alors que cette constante relie une mole à un nombre d’entités.

Explication

La masse molaire est la masse correspondant à une mole d’entités chimiques et s’exprime usuellement en grammes par mole. Le nombre d’entités par mole relève de la constante d’Avogadro.

Explication

La quantité de matière se calcule avec $n=\frac{m}{M}$, donc $n=\frac{18}{6}=3\ \mathrm{mol}$. Additionner ou multiplier la masse et la masse molaire ne donne pas une quantité de matière correcte.

Explication

La concentration molaire vérifie $C=\frac{n}{V}$, donc $C=\frac{0{,}50}{2{,}0}=0{,}25\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$. Le rapport inverse donnerait une grandeur différente, correspondant au volume par mole.

Explication

L’état fondamental est l’état de plus basse énergie et de stabilité absolue. Un état excité possède au contraire une énergie supérieure après une transition appropriée.

Explication

L’énergie du niveau $n$ de l’hydrogène est $E_n=-\frac{Ry}{n^2}$, avec des niveaux liés d’énergie négative. Une énergie nulle ou positive correspond à la limite de l’électron libre, et non à un niveau lié.

Explication

L’ionisation correspond à la limite $n\to\infty$ : l’électron n’est plus lié et l’atome devient $H^+$ avec un électron libre. Une diminution de $n$ décrit plutôt une transition vers un niveau d’énergie plus bas.

Explication

Une transition vers une énergie finale supérieure nécessite un apport d’énergie : le photon est donc absorbé. L’émission se produit lorsque le système passe d’une énergie initiale supérieure à une énergie finale plus basse.

Explication

Une orbitale correspond à une zone de l’espace associée à la fonction d’onde d’un électron, souvent représentée par une probabilité de présence de 95 %. La trajectoire circulaire fixe relève d’un modèle simplifié qui ne définit pas une orbitale atomique.

Explication

Le nombre quantique principal détermine principalement le volume et l’éloignement de l’orbitale par rapport au noyau. La forme dépend du nombre azimutal, l’orientation de $m_l$ et le spin de $m_s$.

Explication

Pour une valeur de $n$ donnée, $l$ varie de 0 à $n-1$ et détermine la forme de l’orbitale. Lorsque $n=3$, les valeurs possibles sont donc 0, 1 et 2, correspondant à s, p et d.

Explication

Le nombre quantique magnétique prend les valeurs entières de $-l$ à $+l$, soit $2l+1$ possibilités. Pour $l=2$, cela donne cinq orientations orbitalaires.

Explication

L’ordre de Klechkowski place les sous-niveaux dans la séquence 3p, 4s, 3d, 4p. Le sous-niveau 4s est donc rempli avant 3d, lui-même rempli avant 4p.

Explication

Deux électrons d’une même orbitale doivent avoir des spins opposés afin de ne pas posséder les quatre mêmes nombres quantiques. Le principe de Pauli permet donc deux électrons par orbitale, mais interdit qu’ils aient le même spin.

Explication

La règle de Hund impose le remplissage individuel des orbitales de même énergie avec des spins parallèles avant tout appariement. L’appariement immédiat correspondrait à une répartition contraire à cette règle.

Explication

Les électrons de valence sont les électrons externes qui interviennent notamment dans les liaisons chimiques, les ionisations et la formation des anions. Les électrons proches du noyau sont plutôt des électrons de cœur.

Explication

Les électrons de valence comprennent ceux du niveau principal le plus élevé ainsi que ceux des sous-niveaux $(n-1)d$ et $(n-2)f$ lorsqu’ils sont incomplets. Un sous-niveau d ou f complètement rempli ne suit pas cette règle d’ajout.

Explication

Les électrons situés entre le noyau et les électrons de valence sont appelés électrons de cœur. Ils ne participent pas à la liaison chimique, contrairement aux électrons de valence.

Explication

Mendeleïev a volontairement laissé des cases vides afin que de futurs éléments puissent y être placés. Le classement ne reposait pas alors sur l’état physique ni sur le nombre de neutrons.

Explication

Les cases vides signalaient des éléments que Mendeleïev prévoyait avant leur découverte. Elles ne correspondaient pas à des regroupements fondés sur l’état physique ou les neutrons.

Explication

Une même famille rassemble des éléments dont la configuration électronique de valence est identique, à la valeur de n maximal près. Une période commune concerne plutôt le nombre quantique principal maximal.

Explication

La période est déterminée par la plus grande valeur de n présente dans la configuration électronique ; ici, cette valeur est 3. Le nombre d’électrons de valence sert plutôt à caractériser certaines familles.

Explication

Dans les blocs s et p, le numéro de colonne permet de connaître le nombre d’électrons de valence, de 1 à 8. Il ne donne ni le nombre de couches ni le nombre de neutrons.

Explication

L’hélium est très peu réactif, comme les gaz nobles de la dernière colonne, malgré sa configuration $1s^2$. Sa configuration ne le rattache donc pas chimiquement aux alcalino-terreux ni aux halogènes.

Explication

Le remplissage suit l’ordre $4s,\ 3d,\ 4p,\ 5s,\ 4d,\ 5p$ pour ces deux périodes. Les autres séquences permutent des sous-couches et ne respectent pas cet ordre.

Explication

Le bloc s occupe les deux premières colonnes, le bloc d les dix colonnes centrales et le bloc p les six dernières. Ces répartitions correspondent au nombre maximal d’électrons des sous-couches concernées.

Explication

Les gaz nobles occupent la dix-huitième colonne et possèdent une très faible réactivité, avec une valence généralement de type $ns^2np^6$. Les halogènes sont en dix-septième colonne et tendent plutôt à capter un électron.

Explication

Les halogènes de la dix-septième colonne possèdent une configuration de valence $ns^2np^5$. La configuration $ns^2np^6$ caractérise généralement les gaz nobles.

Explication

Le rayon atomique augmente vers le bas d’une colonne et diminue de gauche à droite dans une période. L’évolution inverse correspond globalement à celle de l’énergie de première ionisation, pas à une diminution dans les deux directions.

Explication

L’énergie de première ionisation augmente généralement de gauche à droite dans une période. L’élément possédant le plus grand rayon atomique a plutôt tendance à retenir moins fortement son électron externe.

Explication

La première ionisation retire à un atome gazeux son électron de valence d’énergie la plus élevée et produit un cation. La fixation d’un électron correspond plutôt à l’affinité électronique.

Explication

L’affinité électronique désigne l’énergie libérée lorsqu’un électron se fixe à un atome neutre en phase gazeuse, et elle est comptée positivement par convention. La perte d’un électron relève de l’énergie d’ionisation.

Explication

Ces trois espèces possèdent chacune le même nombre total d’électrons et ont donc la configuration électronique du néon, $1s^2 2s^2 2p^6$. Elles ne possèdent toutefois ni le même nombre de protons ni la même charge.

Explication

Les éléments des blocs s et p tendent à perdre ou à gagner des électrons afin d’atteindre la configuration électronique stable d’un gaz noble. Modifier le nombre de protons changerait l’identité de l’élément et ne constitue pas une ionisation.

Explication

Les alcalins perdent généralement un électron, les alcalino-terreux en perdent deux et les éléments $ns^2np^5$ gagnent un électron. Ils forment donc respectivement $X^+$, $X^{2+}$ et $X^-$.

Explication

L’électronégativité quantifie la tendance d’un atome à attirer vers lui un électron ou à céder l’un de ses électrons à un autre atome. Elle ne mesure pas directement l’arrachement d’un neutron ni l’évolution du rayon atomique.

Explication

L’électronégativité diminue vers le bas d’une colonne et augmente de gauche à droite dans une période, donc elle augmente globalement vers le haut et vers la droite. La tendance vers le bas et vers la gauche correspondrait à l’évolution inverse.

Explication

La grande différence d’électronégativité favorise le transfert total de l’électron du césium vers le fluor, ce qui produit $Cs^+$ et $F^-$. Le fluor, plus électronégatif, reçoit l’électron au lieu de le céder.