QCM : Configuration électronique des atomes — 22 questions

Explication

Un atome comprend un noyau entouré d’un nuage électronique et sa charge totale est nulle. Une entité qui possède une charge électrique est un ion, tandis que les électrons ne constituent pas un atome sans noyau.

Explication

La taille moyenne d’un atome est d’environ un angström, soit $10^{-10}\,\text{m}$ ou 0,1 nm. Une longueur de $10^{-15}\,\text{m}$ correspond plutôt à l’échelle nucléaire.

Explication

Les protons et les neutrons ont une masse voisine de $1,67\times10^{-27}\,\text{kg}$, bien supérieure à celle d’un électron. Le nuage électronique porte surtout la charge négative et ne contient pas la majorité de la masse.

Explication

Le nombre de masse est la somme des protons et des neutrons : $A=Z+N=11+12=23$. Le nombre 11 correspond au numéro atomique, tandis que 12 représente le nombre de neutrons.

Explication

Un ion est une entité chimique qui possède une charge électrique. L’égalité entre protons et électrons caractérise plutôt la neutralité d’un atome.

Explication

Un cation porte une charge positive, tandis qu’un anion porte une charge négative. Une espèce sans charge électrique n’est ni un cation ni un anion.

Explication

La perte d’électrons laisse un excès de charge positive par rapport aux charges négatives et forme donc un cation. Le gain d’électrons conduit au contraire à la formation d’un anion.

Explication

Deux isotopes appartiennent au même élément parce qu’ils possèdent le même nombre de protons, mais ils diffèrent par leur nombre de neutrons. Les variations du nombre d’électrons caractérisent les ions plutôt que les isotopes.

Explication

Une mole contient $6,02\times10^{23}$ entités, ce qui correspond au nombre d’atomes présents dans 12 g de $^{12}\text{C}$. La valeur $1,66\times10^{-27}$ correspond à un ordre de grandeur de masse d’une particule nucléaire.

Explication

Le tableau périodique classe les éléments selon une valeur croissante du numéro atomique $Z$ ; les périodes sont des lignes et les familles des colonnes. La masse, le nombre de neutrons ou la charge des espèces ne définissent pas cette organisation.

Explication

Les électrons d’un même atome peuvent avoir des énergies différentes, et l’énergie augmente généralement lorsque l’électron est plus éloigné du noyau. L’idée d’une énergie identique pour tous les électrons ne correspond donc pas au modèle en couches.

Explication

Le modèle en couches associe aux électrons certaines valeurs d’énergie permises et non une variation continue. L’idée d’une énergie quelconque constitue précisément la confusion à éviter.

Explication

En appliquant $E(n)=-\frac{13,6}{n^2}\,\text{eV}$ avec $n=2$, on obtient $E=-\frac{13,6}{4}=-3,4\,\text{eV}$. La valeur $-13,6\,\text{eV}$ correspond à $n=1$, et non à $n=2$.

Explication

Une couche électronique est définie par le nombre quantique principal $n$, qui prend des valeurs entières supérieures ou égales à 1. Le nombre $l$ caractérise plutôt une sous-couche au sein de cette couche.

Explication

Pour une couche donnée, le nombre quantique secondaire respecte la relation $0\le l\le n-1$ et distingue les sous-couches, telles que s, p ou d. La borne supérieure $n$ est donc trop grande.

Explication

Une orbitale est une région probabiliste tridimensionnelle autour du noyau dans laquelle l’électron peut se trouver avec une probabilité de 90 %. Elle ne représente pas une orbite circulaire classique.

Explication

Le nombre quantique magnétique prend les valeurs entières de $-l$ à $+l$ ; pour $l=1$, il vaut donc $-1$, $0$ ou $+1$, soit trois valeurs. Le nombre de valeurs de $m_l$ correspond au nombre d’orbitales de la sous-couche.

Explication

Le principe d’exclusion de Pauli interdit à deux électrons d’avoir leurs quatre nombres quantiques identiques, ce qui limite une orbitale à deux électrons. La répartition dans plusieurs orbitales relève plutôt de la règle de Hund.

Explication

La règle de Hund impose, dans l’état fondamental, de répartir d’abord les électrons dans le plus grand nombre d’orbitales dégénérées, avec des spins parallèles. Le remplissage complet d’une orbitale avant l’occupation des autres confond cette règle avec une autre logique de remplissage.

Explication

Les sous-couches se remplissent selon un ordre croissant de $n+l$ ; si deux sous-couches ont la même somme, celle qui possède le plus petit $n$ est remplie en premier. Les autres propositions inversent au moins l’un de ces critères.

Explication

Les électrons de valence se trouvent dans la couche caractérisée par la plus grande valeur de $n$ et peuvent aussi appartenir à des sous-couches incomplètes. La confusion fréquente consiste à les assimiler aux électrons périphériques complets, alors que des électrons de sous-couches incomplètes peuvent également être concernés.

Explication

Les familles particulières citées sont les alcalins, les alcalino-terreux, les halogènes et les gaz rares. Les autres listes mélangent certaines de ces familles avec des catégories chimiques qui ne font pas partie de l’ensemble demandé.