QCM : Atomistique et structure électronique (39 questions)

Explication

Le nombre de masse est la somme des protons et des neutrons : $A=Z+N=17+20=37$. La valeur $3$ vient d’une soustraction, $17$ correspond à $Z$, et $38$ ajoute un nucléon sans raison.

Explication

Le nombre atomique $Z$ donne le nombre de protons et caractérise l’élément, tandis que $A$ indique le nombre total de nucléons. Assimiler $Z$ à la composition totale confond nombre atomique et nombre de masse; utiliser $A$ pour identifier l’élément inverse leurs rôles; conclure sur les neutrons ne découle pas de la seule égalité des $Z$.

Explication

Des isotopes ont le même nombre de protons, donc le même $Z$ et le même élément, mais des nombres de neutrons différents. Les qualifier d’identiques néglige la différence de neutrons; les attribuer à des éléments différents confond le nombre de neutrons avec $Z$; un même nombre de masse ne correspond pas aux données.

Explication

Le proton porte une charge positive, l’électron une charge négative de même valeur absolue, et le neutron est neutre. Attribuer une charge au neutron contredit sa neutralité; inverser les signes conserve mal leurs charges; déclarer l’électron neutre confond son rôle avec celui du neutron.

Explication

Un atome neutre possède autant d’électrons que de protons : il en compte donc 13. La valeur 12 correspondrait à un déficit électronique, 14 à un excès, et 26 double le nombre de protons sans appliquer la règle de neutralité.

Explication

Comme il a moins d’électrons que de protons, l’ion est un cation; son déficit vaut $q=Z-N_e=15-12=3$. La somme 27 ne calcule pas le déficit, un anion présente un excès d’électrons, et un atome neutre aurait autant de protons que d’électrons.

Explication

L’ion a davantage d’électrons que de protons : c’est un anion, et son excès vaut $q=N_e-Z=12-9=3$. La somme 21 ne représente pas l’excès, un cation correspond à un déficit électronique, et la neutralité exigerait des nombres égaux.

Explication

Par définition, une mole contient exactement $6{,}022\,140\,76 \times 10^{23}$ entités. Un exposant négatif inverse l’ordre de grandeur, et la valeur arrondie ne donne pas le nombre exact.

Explication

Depuis cette date, $N_A$ est fixée exactement à $6{,}022\,140\,76 \times 10^{23}\ \mathrm{mol}^{-1}$. L’unité est l’inverse de la mole, et l’arrondi ne respecte pas la valeur exacte.

Explication

On applique $n = \frac{m}{M}$ : $n = \frac{18}{36} = 0{,}50\ \mathrm{mol}$. La valeur 2,0 mol vient de l’inversion du rapport, tandis que 648 correspond à une multiplication.

Explication

La concentration est $C = \frac{n}{V}$, donc $C = \frac{0{,}30}{0{,}60} = 0{,}50\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}$. Inverser le rapport donne 2,0, tandis que multiplier les données donne 0,18.

Explication

Dans un système quantique confiné, l’énergie ne peut prendre que certaines valeurs précises. Une énergie continue ou une valeur unique ne décrit pas cette quantification; la quantification n’impose pas non plus des énergies positives.

Explication

L’état fondamental est celui de plus basse énergie; un état d’énergie supérieure est excité. Inverser ces appellations ou attribuer la même catégorie aux deux états confond la distinction définie par leur énergie.

Explication

En substituant $n=2$, on obtient $E_2=-\frac{13{,}6}{2^2}=-3{,}4\ \mathrm{eV}$. La valeur −6,8 omet le carré, +3,4 perd le signe négatif, et −54,4 correspond à une multiplication par $n^2$.

Explication

L’énergie du photon est la valeur absolue de l’écart : $|(-2{,}0)-(-5{,}0)|=3{,}0\ \mathrm{eV}$. L’énergie du niveau final n’est pas l’énergie du photon, et le signe négatif ne subsiste pas après la valeur absolue.

Explication

Un système hydrogénoïde est constitué d’un noyau et d’un seul électron. L’option « un seul proton » confond le proton avec l’électron, tandis que « plusieurs électrons » ne respecte pas la définition.

Explication

La relation donne $E_n=-13{,}6\times 3^2/2^2=-122{,}4/4=-30{,}6\ \mathrm{eV}$. La valeur $-10{,}2\ \mathrm{eV}$ omet le carré de $Z$, $-61{,}2\ \mathrm{eV}$ n’utilise pas $n^2$ et la valeur positive perd le signe négatif.

Explication

La représentation d’une orbitale délimite généralement la région de l’espace où la probabilité de présence de l’électron atteint 95 %. Une trajectoire classique et une certitude de présence à 100 % ne définissent pas cette représentation.

Explication

Le nombre quantique principal détermine le niveau et le volume orbitalaire, qui augmente avec l’éloignement moyen de l’électron au noyau. Inverser cette croissance ou attribuer à $n$ la forme ou l’orientation confond les rôles des nombres quantiques.

Explication

Pour une valeur donnée de $n$, $l$ prend les entiers de zéro à $n-1$ ; pour $n=4$, cela donne $0,1,2,3$. La série jusqu’à 4 inclut une valeur interdite, les valeurs négatives relèvent de $m_l$ et la dernière proposition omet zéro.

Explication

Pour $l=2$, le nombre magnétique prend les valeurs entières de $-l$ à $+l$, soit cinq valeurs et donc $2l+1=5$ orientations. Les ensembles plus courts omettent des valeurs permises, tandis que quatre orientations correspond à un mauvais décompte.

Explication

À l’état fondamental, les électrons peuplent les niveaux et sous-niveaux par énergie croissante, avec des exceptions de remplissage. Le classement par nombre quantique principal confond énergie et numéro de niveau, l’énergie décroissante inverse la règle, et la répartition individuelle relève de la règle de Hund au sein d’orbitales de même énergie.

Explication

Le principe d’exclusion de Pauli limite une orbitale à deux électrons de spins opposés, car deux électrons d’un même atome ne peuvent avoir leurs quatre nombres quantiques identiques. Le spin identique viole cette contrainte, la capacité de trois confond l’orbitale avec un ensemble plus large, et l’interdiction d’un second électron sous-estime la capacité.

Explication

La règle de Hund fait occuper séparément les orbitales de même énergie avec des spins identiques avant tout appariement. L’appariement anticipé néglige cette priorité, les spins opposés ne correspondent pas aux spins identiques des électrons célibataires, et une orbitale ne peut contenir trois électrons.

Explication

La règle de Klechkowski retient le sous-niveau de plus petit $n$ lorsque deux sous-niveaux ont la même valeur de $n+l$. Choisir le plus grand $n$ inverse le critère de départage, comparer seulement $l$ ignore la somme, et l’égalité de la somme ne prescrit pas un remplissage simultané.

Explication

Dans l’ordre de remplissage de Klechkowski, la séquence est $3p, 4s, 3d, 4p$ : le sous-niveau suivant $3p$ est donc $4s$. Placer $3d$ ou $4p$ d’abord saute l’étape prévue, tandis que $5s$ apparaît encore plus tard.

Explication

Les électrons de valence comprennent ceux du niveau de plus grand $n$ ainsi que ceux des sous-niveaux $(n-1)d$ et $(n-2)f$ lorsqu’ils ne sont pas complètement remplis. Se limiter au niveau externe oublie l’exception des sous-niveaux incomplets, exiger que $3d$ soit complet inverse la condition, et inclure tous les niveaux inférieurs élargit indûment la définition.

Explication

Les éléments d’une même famille ont des propriétés chimiques analogues et une configuration de valence identique à la valeur de n maximal près. Des valeurs de n différentes ne les empêchent donc pas d’appartenir à une même famille, contrairement à l’idée qu’il faut une même période.

Explication

Les éléments sont rangés par numéro atomique croissant, et une période se termine généralement lorsque le sous-niveau $np$ est saturé par six électrons, soit $np^6$. La saturation de $ns$ ou de $nd$ ne correspond pas au critère général indiqué.

Explication

Les blocs du tableau correspondent au remplissage des sous-niveaux de valence : un remplissage progressif de $f$ caractérise le bloc f. Le bloc s correspond aux deux premières colonnes, tandis que les blocs d et p concernent leurs sous-niveaux respectifs.

Explication

La configuration de valence $ns^2np^5$ caractérise les halogènes. Les alcalins ont $ns^1$, les alcalino-terreux $ns^2$ et les gaz nobles $ns^2np^6$.

Explication

En descendant dans une colonne, le nombre quantique principal maximal augmente et le nuage électronique devient plus volumineux. La diminution inverse la tendance, la charge nucléaire seule néglige l’effet des couches et la stabilité supposée confond appartenance à une colonne et taille identique.

Explication

Dans une période, les électrons ajoutés restent dans des niveaux de même nombre quantique principal maximal tandis que la charge nucléaire augmente, ce qui contracte généralement le rayon. L’augmentation du rayon transpose la tendance d’une colonne, l’écrantage intégral est supposé à tort et un niveau maximal inchangé n’impose pas un rayon identique.

Explication

La première ionisation arrache à l’atome en phase gazeuse un électron de valence d’énergie la plus élevée; il faut fournir de l’énergie, donc celle-ci est positive. L’électron de cœur, la capture électronique et l’inversion du signe correspondent à des confusions distinctes.

Explication

L’énergie de première ionisation varie globalement à l’inverse du rayon atomique : un rayon plus petit correspond à une attraction nucléaire plus forte sur l’électron de valence et à une énergie d’arrachement plus élevée. La baisse inverse cette relation, l’égalité ignore la tendance en période et une énergie négative confond ionisation et convention de l’affinité électronique.

Explication

L’électronégativité augmente généralement de gauche à droite dans une période et diminue en descendant dans une colonne; le fluor et le césium en sont respectivement les extrêmes supérieur et inférieur. Les autres énoncés inversent les tendances ou échangent les éléments extrêmes.

Explication

Les actinides constituent l’une des deux lignes du bloc f, et ceux dont le numéro atomique dépasse celui de l’uranium sont dits transuraniens. Les lanthanides ne sont pas cette ligne, et l’appellation transuranien ne s’applique pas à tous les éléments du bloc f.

Explication

Ces trois ions possèdent chacun dix électrons et la configuration du néon, $1s^2\ 2s^2\ 2p^6$ ; ils sont donc isoélectroniques. Exclure $O^{2-}$ revient à confondre l’ion avec l’atome neutre, et exclure les deux autres confond leurs ions avec leurs atomes.

Explication

L’électronégativité mesure la tendance d’un atome à attirer vers lui les électrons d’une liaison chimique. La tendance à céder un électron, l’énergie d’ionisation et la capture d’un électron isolé désignent des notions distinctes.