QCM : Cycle des éléments et géodynamique chimique — 22 questions

Explication

Un cycle bio-géochimique désigne bien les échanges d’éléments entre plusieurs enveloppes terrestres, avec des transformations chimiques et biologiques. Les autres propositions ne couvrent qu’une partie du phénomène ou le décrivent de façon incorrecte.

Explication

Les isotopes d’un même élément ont le même nombre de protons, donc la même chimie, mais un nombre de neutrons différent. Un isotope stable ne se désintègre pas, contrairement à un isotope radioactif.

Explication

La spéciation du carbone inorganique dissous suit bien la chaîne CO2/H2CO3 vers bicarbonate puis carbonate lorsque le pH augmente. L’ordre inverse est observé quand le milieu devient plus acide.

Explication

Le pH est défini par pH = -log aH+, donc il dépend de l’activité des ions hydronium et non de la concentration seule. La concentration en bicarbonate n’entre pas directement dans cette définition.

Explication

La loi de Henry relie bien la concentration dissoute à la pression partielle du gaz au-dessus de l’eau. Elle décrit un équilibre thermodynamique de partage entre phase gazeuse et phase aqueuse.

Explication

Les espèces polaires interagissent mieux avec l’eau et sont donc plus solubles, ce qui correspond à une constante de Henry plus élevée. À l’inverse, O2 ou N2 sont moins solubles car moins polaires.

Explication

L’activité se définit comme le produit de la concentration par le coefficient d’activité. Ce terme corrige l’écart entre le comportement réel et le modèle idéal.

Explication

Quand la force ionique augmente, les interactions électrostatiques deviennent plus importantes et le coefficient d’activité s’écarte de 1. La solution devient alors moins proche du comportement idéal.

Explication

À pH élevé, le carbone inorganique dissous est davantage déprotoné et la forme carbonate devient plus importante. Les formes CO2/H2CO3 dominent au contraire à pH plus bas.

Explication

Une augmentation de CO2 pousse l’équilibre vers davantage d’acidité, donc vers la production de H+ et une baisse du pH. Le bicarbonate reste au cœur de la répartition des espèces, il n’est pas supprimé.

Explication

Un indice de saturation supérieur à 1 indique une sursaturation, donc une tendance à précipiter. À l’inverse, un indice inférieur à 1 traduit une sous-saturation et favorise la dissolution.

Explication

La spéciation répartit une grandeur globale entre les différentes formes chimiques réellement présentes, ce qui permet de calculer les activités nécessaires à l’indice de saturation. Sans cela, on ne dispose pas des espèces pertinentes pour l’équilibre.

Explication

L’aragonite est plus soluble que la calcite, même si les deux sont des polymorphes de CaCO3. La calcite précipite plus facilement pour une même situation chimique.

Explication

La version simple de Debye-Hückel s’applique surtout à faible force ionique, typiquement en dessous de 0,3. Elle n’est pas adaptée à l’eau de mer, où les interactions ioniques sont trop fortes.

Explication

Le bicarbonate agit comme tampon en captant ou en libérant des protons selon la perturbation, ce qui limite les variations de pH. Il n’impose pas un pH parfaitement constant.

Explication

Dans cette gamme de pH, le carbonate et ses formes associées constituent le principal système acide-base faible. Les ions sodium et chlorure ne jouent pas ce rôle tampon.

Explication

Dans un système ouvert, la pCO2 atmosphérique est la variable imposée et contrôle l’équilibre entre CO2 gazeux et CO2 dissous. Le système fermé est celui où une quantité totale de carbone carbonaté reste fixée.

Explication

H2CO3 est l’espèce hydratée qui relie le CO2 atmosphérique au système aqueux dans le schéma d’équilibre. C’est à partir d’elle que se répartissent ensuite bicarbonate et carbonate selon le pH.

Explication

La spéciation du fer dépend fortement des conditions redox, et les milieux plus réducteurs favorisent généralement des formes réduites dissoutes. La disponibilité en oxygène influence donc fortement les espèces présentes.

Explication

Quand l’oxygène manque, les organismes utilisent successivement d’autres accepteurs d’électrons, généralement de moins en moins favorables énergétiquement. C’est précisément l’idée de la chaîne redox.

Explication

La sursaturation correspond à une teneur en O2 dissous supérieure à celle prévue par l’équilibre de Henry. Elle indique souvent une production d’oxygène plus rapide que sa consommation.

Explication

La solubilité de l’oxygène baisse quand la température augmente, ce qui réduit la concentration maximale dissoute à pression partielle identique. C’est pourquoi l’eau froide contient plus d’O2 dissous que l’eau chaude.