QCM : Cellules et structures cristallines (46 questions)

Explication

Schleiden et Schwann établissent que les êtres vivants animaux comme végétaux sont constitués de cellules délimitées par une membrane et contenant un noyau. Limiter ce constat aux végétaux, substituer une paroi ou supprimer le noyau confond les caractéristiques indiquées.

Explication

Les travaux de Pasteur montrent que la vie n’apparaît pas spontanément : une cellule provient nécessairement d’une cellule préexistante. L’apparition spontanée contredit ce principe, tandis que le noyau et la constitution cellulaire relèvent d’autres notions.

Explication

La théorie cellulaire affirme que tout être vivant comprend une ou plusieurs cellules, que la cellule est la plus petite unité structurale et fonctionnelle du vivant et que toute cellule provient d’une autre par division. Les organes ne remplacent pas l’unité cellulaire, et l’apparition spontanée comme la restriction aux organismes pluricellulaires contredisent ces principes.

Explication

Le microscope électronique fournit une image plus précise et un grossissement supérieur à 100 000 fois, ce qui permet de relier les échelles moléculaire et cellulaire. Le microscope optique, la loupe et l’appareil macroscopique ne sont pas les instruments associés à cette performance.

Explication

La membrane plasmique forme la frontière entre le milieu intracellulaire, correspondant au cytoplasme, et le milieu extracellulaire. La paroi végétale est une structure supplémentaire, tandis que le cytoplasme et les organites se trouvent à l’intérieur de la cellule.

Explication

Le cytoplasme est le milieu réactionnel aqueux contenant les molécules et les organites nécessaires au fonctionnement cellulaire. Le milieu extracellulaire est à l’extérieur, la membrane délimite la cellule et la paroi végétale n’est pas le cytoplasme.

Explication

L’osmose est la diffusion de l’eau à travers la membrane, qui tend vers le milieu le plus concentré : ici, le milieu extracellulaire. Les nutriments et l’énergie relèvent d’autres échanges cellulaires et ne définissent pas l’osmose.

Explication

Une structure cristalline repose sur une maille élémentaire, motif issu de l’arrangement d’entités chimiques, répétée périodiquement dans les trois dimensions. L’empilement sans ordre caractérise un solide amorphe, et une maille isolée ne forme pas le réseau cristallin.

Explication

La maille contient quatre ions sodium et quatre ions chlorure, donc le rapport simplifié est un pour un et la formule est NaCl. Na₂Cl ou ClNa₂ inversent ou modifient ce rapport, tandis que Na₂Cl₂ ne le simplifie pas.

Explication

La masse volumique est définie par $\rho = \frac{m_{\text{entités maille}}}{V_{\text{maille}}}$ : on divise la masse des entités appartenant à la maille par le volume de cette maille. Diviser le volume par la masse inverse le rapport, et multiplier les deux grandeurs ne donne pas la masse volumique.

Explication

Un solide amorphe présente un empilement sans ordre géométrique, et le verre en est un exemple. Un solide cristallin ou un réseau périodique suppose une organisation régulière ; la composition chimique, à elle seule, ne détermine pas cette catégorie.

Explication

Une désintégration radioactive se déclenche naturellement, sans intervention physique ou chimique extérieure. L’idée d’une réaction chimique ou d’une perturbation physique confond la radioactivité spontanée avec un phénomène induit.

Explication

Un noyau est stable lorsque le nombre de neutrons est à peu près équivalent au nombre de protons ; le noyau ayant 12 de chaque présente cet équilibre. Un excès marqué de neutrons indique au contraire un déséquilibre, et le nombre de protons seul ne suffit pas à établir la stabilité.

Explication

Un organisme vivant conserve le même rapport $^{14}\mathrm{C}/^{12}\mathrm{C}$ que l’atmosphère, soit $1 \times 10^{-12}$. Le rapport inversé échange numérateur et dénominateur ; la diminution concerne le carbone 14 après la mort, et non la proportion caractéristique d’un organisme vivant.

Explication

Le carbone 12 est stable, alors que le carbone 14 est radioactif et se désintègre ; après la mort, la quantité de carbone 12 reste donc stable et celle de carbone 14 diminue. L’affirmation que le carbone 12 est instable ou que les deux isotopes évoluent de la même façon confond leurs propriétés.

Explication

La datation consiste à mesurer les nombres de noyaux de carbone 14 et de carbone 12 par spectrométrie de masse, à calculer leur rapport, puis à reporter ce rapport sur la courbe de décroissance pour déterminer l’âge. Additionner les quantités ou s’appuyer sur un seul isotope ne fournit pas le rapport nécessaire.

Explication

Les rayons cosmiques libèrent des neutrons dans l’atmosphère, et ces neutrons réagissent notamment avec l’azote pour produire du carbone 14. L’option qui inverse le rôle des neutrons et celle qui fait du carbone 12 le précurseur confondent cette production avec d’autres processus.

Explication

Après une demi-vie, le nombre de noyaux radioactifs est divisé par deux : $6{,}41 \times 10^9 / 2 = 3{,}205 \times 10^9$. Garder la quantité initiale ignore la décroissance, appliquer deux demi-vies la divise par quatre, et la valeur désintégrée n’est pas le nombre restant.

Explication

La gammacaméra suit les rayonnements émis par le sérum marqué et reconstitue l’image cérébrale, tandis que l’injection est effectuée séparément. L’injection du traceur, la mesure de sa demi-vie et le traitement thyroïdien correspondent à d’autres fonctions ou usages.

Explication

L’iode 131 est utilisé pour traiter le cancer de la thyroïde. L’oxygène 15 sert au traceur de scintigraphie cérébrale, le fluor 18 est caractérisé ici par sa demi-vie, et le thorium est évoqué pour une possible radiothérapie de tissus mous.

Explication

L’isotope radioactif du thorium mentionné a une demi-vie de 19 jours et pourrait servir en radiothérapie pour certaines maladies des tissus mous. Les durées de 2 minutes et de 110 minutes sont associées respectivement à l’oxygène 15 et au fluor 18, tandis que le traitement thyroïdien est associé à l’iode 131.

Explication

Becquerel constate que la présence d’uranium est commune aux composés qui noircissent la plaque, qu’ils soient phosphorescents ou non, et nomme les rayons responsables « rayons uraniques ». Attribuer l’effet à toute phosphorescence ou le restreindre aux composés phosphorescents confond la phosphorescence avec le critère observé; l’électrisation de l’air est une observation distincte.

Explication

Le 20 janvier 1896, Becquerel assiste à une conférence de Poincaré consacrée à la découverte des rayons X, où est avancée une hypothèse liée à la phosphorescence. Les rayons uraniques et le développement de la plaque relèvent d’étapes ultérieures, et le conférencier est Poincaré.

Explication

La pechblende a une activité mesurée supérieure à celle de l’uranium pur, résultat qui a motivé la recherche de constituants plus actifs. L’activité inférieure inverse le résultat, l’activité identique l’efface, et la comparaison avec le radium confond deux étapes de la découverte.

Explication

La séparation des constituants des minéraux permet à Marie Curie d’isoler le polonium, nommé en hommage à son pays natal, puis le radium, découvert en 1898. L’uranium est l’élément de comparaison, l’ordre radium-polonium est inversé et la pechblende est un minerai.

Explication

Le radium est 1,4 million de fois plus rayonnant que l’uranium. Le millionième inverse la comparaison, la pechblende est substituée à l’uranium comme référence, et le facteur 1,4 omet le million.

Explication

Les noyaux instables se désintègrent en chaîne, émettent un rayonnement à chaque étape et se transmutent en d’autres noyaux atomiques. Une émission finale sans transmutation omet les changements successifs, tandis que la fusion décrit un autre processus.

Explication

La désintégration d’un noyau particulier est aléatoire, alors que l’évolution statistique d’un grand ensemble peut être décrite par une décroissance. La prévisibilité individuelle et le calendrier identique confondent comportement collectif et événement individuel; une désintégration simultanée n’en découle pas.

Explication

La demi-vie est le temps au bout duquel la moitié des noyaux radioactifs se sont désintégrés. Un quart confond la première demi-vie avec une étape ultérieure, la totalité correspond à une disparition complète, et la dernière réponse confond les noyaux restants avec ceux qui se sont désintégrés.

Explication

Après trois demi-vies, $N = \frac{800}{2^3} = \frac{800}{8} = 100$ noyaux. La valeur 200 omet une demi-vie, environ 267 provient d’une division par trois, et 700 confond le nombre restant avec une soustraction inadéquate du nombre désintégré.

Explication

La PET-scan utilise des molécules marquées au fluor 18 pour étudier le fonctionnement ou le dysfonctionnement de l’organisme, notamment lors du diagnostic d’un cancer et du suivi d’un traitement. La radiothérapie vise à traiter les tissus, l’imagerie sans traceur omet le fluor 18 et la mesure de masse ne correspond pas à l’étude fonctionnelle.

Explication

Le fluor 18 se désintègre par émission β+ et forme de l’oxygène. L’émission β− inverse le type de désintégration, la formation d’azote change le produit indiqué, et la fusion est un autre type de réaction nucléaire.

Explication

La fusion nucléaire réunit des noyaux légers pour former un noyau plus lourd, comme dans la situation décrite. La fission divise un noyau, tandis que la désintégration radioactive et la capture électronique ne désignent pas cette union de noyaux.

Explication

L’hydrogène initial a servi à former les autres éléments chimiques. Dire que l’hydrogène a été produit par ceux-ci inverse la relation, tandis que le carbone ou l’oxygène ne sont pas indiqués comme éléments de départ.

Explication

La radioactivité est utilisée en radiothérapie, pour produire de l’électricité et pour dater des vestiges archéologiques. La radioactivité artificielle désigne un mode de transformation, la fission une réaction nucléaire et la phosphorescence un phénomène lumineux.

Explication

L’impression persiste après deux mois à l’abri de la lumière, ce qui montre que l’effet ne dépend pas d’une énergie lumineuse emmagasinée. L’hypothèse d’une énergie stockée, la traversée du papier par la lumière et la phosphorescence ne rendent pas compte de cette observation.

Explication

Irène Joliot-Curie et Frédéric Joliot ont découvert la radioactivité artificielle et reçu ensemble le prix Nobel de chimie en 1935. Becquerel est associé à l’observation de la radioactivité de l’uranium, tandis que la fission est une découverte ultérieure issue de travaux sur le bombardement par des neutrons.

Explication

La radioactivité artificielle consiste à rendre radioactif un élément stable en le bombardant avec des particules α. La radioactivité naturelle n’est pas provoquée par ce bombardement, les neutrons ne sont pas la particule indiquée ici, et la fission désigne un autre processus nucléaire.

Explication

La demi-vie du césium 137 est de 30 ans : au bout de cette durée, la moitié des noyaux initiaux s’est désintégrée. La valeur de 1 600 ans correspond au radium 226, celle de 24 000 ans au plutonium 239, et 60 ans représentent deux demi-vies du césium.

Explication

La limite de datation au carbone 14 correspond à environ huit demi-vies, soit près de 50 000 ans dans les données présentées. Une durée d’environ 6 000 ans correspond à une demi-vie, 12 000 ans à deux, et 100 000 ans double la limite indiquée.

Explication

Le projet Manhattan visait à fabriquer la première bombe atomique à fission nucléaire. La fusion nucléaire relève d’un autre mécanisme, un réacteur civil poursuit un objectif énergétique et un traité ne correspond pas au but du projet.

Explication

La comparaison porte sur l’énergie thermique libérée par la fission de 1 g d’uranium et la combustion de 1 kg de pétrole : le rapport est d’environ 1 800. L’option sur le pétrole inverse le rapport, celle sur 1 kg d’uranium change la quantité d’uranium et celle sur la masse confond énergie et matière.

Explication

Hooke a nommé « cellules » les compartiments répétés visibles dans le liège, en référence au latin cellula, qui signifie « chambre ». « Noyaux » confond ces compartiments avec une structure interne, « organites » désigne des constituants cellulaires, et « unités cellulaires » renvoie à une formulation ultérieure.

Explication

Le microscope électronique permet d’observer les constituants internes des cellules, notamment les organites, et d’en établir les structures moléculaires. Le microscope optique offre une résolution moins fine, tandis que la loupe binoculaire et le microscope stéréoscopique servent plutôt à examiner des objets ou des tissus à une échelle plus grande.

Explication

Dans le corps humain, l’hydrogène et l’oxygène sont les deux éléments les plus abondants en nombre d’atomes. L’hydrogène et le carbone correspondent aux végétaux; les autres choix substituent un élément à tort.

Explication

Après les destructions de 1945, Bethe a continué à participer aux recherches sur l’armement, notamment sur la bombe à hydrogène, tout en militant pour le contrôle des armements. Le retrait complet confond contrôle et arrêt des recherches; l’absence de militantisme ou l’opposition au contrôle contredit son engagement.