QCM : Éléments chimiques et radioactivité (23 questions)

Explication

Un atome comprend un noyau et des électrons qui se déplacent autour de celui-ci. La réponse centrée sur le noyau confond l’atome avec une de ses parties, tandis que les deux autres placent les électrons dans le noyau ou les omettent.

Explication

Les nucléons sont les protons et les neutrons présents dans le noyau; les électrons se déplacent autour de celui-ci. Inclure les électrons parmi les nucléons, leur attribuer la charge des neutrons ou les associer aux protons périphériques traduit une confusion entre les particules.

Explication

Un élément chimique regroupe les atomes dont le noyau contient le même nombre de protons. Le nombre de neutrons ou le nombre total de nucléons ne définit pas l’élément, et les électrons ne sont pas dans le noyau.

Explication

Le numéro atomique $Z$ est le nombre de protons du noyau; cet atome a donc $Z = 11$. La valeur 23 correspond au nombre total de nucléons, −1 à la différence protons-neutrons, et 12 au nombre de neutrons.

Explication

Les noyaux d’une centaine d’éléments stables résultent de réactions nucléaires dans les étoiles ou lors d’une supernova, qui correspond à la fin de vie d’une étoile. La naissance d’une étoile situe mal l’événement, et des réactions chimiques ne sont pas le mécanisme indiqué.

Explication

À l’échelle de l’Univers, les éléments principalement présents sont l’hydrogène et l’hélium. L’oxygène et le fer, ainsi que le silicium et le magnésium, caractérisent plutôt la composition majoritaire de la Terre; carbone et azote font partie des éléments majoritaires du vivant.

Explication

La Terre est majoritairement constituée d’oxygène, de fer, de silicium et de magnésium. L’hydrogène et l’hélium renvoient à la composition de l’Univers, tandis que le groupe CHON caractérise le vivant; substituer l’azote au fer mélange ces groupes.

Explication

CHON désigne le carbone, l’hydrogène, l’oxygène et l’azote, qui constituent majoritairement les êtres vivants. Le fer et le silicium sont associés à la composition de la Terre, tandis que l’hélium est principalement présent dans l’Univers.

Explication

Un noyau stable reste indéfiniment identique, tandis qu’un noyau possédant trop de neutrons est instable. L’instabilité attribuée au premier inverse les caractéristiques, l’excès de protons nécessairement ignore les autres causes possibles, et la présence de nucléons ne suffit pas à rendre un noyau instable.

Explication

La fusion réunit deux noyaux de petite taille pour former un noyau plus gros. La fission correspond à la fragmentation d’un gros noyau, la désintégration radioactive à la transformation spontanée d’un noyau instable, et une collision sans transformation ne décrit pas l’union observée.

Explication

La fission se produit lorsqu’une particule entre en collision avec un gros noyau, qui se casse en noyaux plus petits en éjectant des particules. La fusion réunit de petits noyaux, la désintégration spontanée ne dépend pas de cette collision, et l’émission gamma ne décrit pas la fragmentation en deux noyaux.

Explication

Une désintégration alpha émet une particule correspondant à un noyau d’hélium $^4_2\mathrm{He}$ et produit un noyau plus léger. L’électron caractérise la bêta moins, le positon la bêta plus et le photon la désexcitation gamma.

Explication

La désintégration bêta moins concerne un noyau ayant un excès de neutrons et s’accompagne de l’émission d’un électron. L’excès de protons caractérise la bêta plus, le noyau d’hélium l’alpha et le photon la désexcitation gamma.

Explication

La désintégration bêta plus concerne les noyaux ayant un excès de protons et émet un positon $^0_{+1}\mathrm{e}$. L’électron est associé à la bêta moins, le noyau d’hélium à l’alpha et le photon à la désexcitation gamma.

Explication

Un noyau fils excité peut perdre de l’énergie en émettant un photon de haute énergie appelé rayonnement gamma. L’électron, le positon et la particule alpha correspondent à d’autres types de désintégration.

Explication

Par définition, une demi-vie est la durée au bout de laquelle la population de noyaux radioactifs est divisée par deux : $800 \div 2 = 400$. Zéro correspondrait à une disparition complète, tandis que 200 implique une division par quatre.

Explication

On ne peut pas savoir quand un noyau individuel instable se désintégrera, alors que la population d’un échantillon décroît au cours du temps. La prévisibilité individuelle, l’absence de décroissance collective et l’assimilation de l’instant individuel à la demi-vie confondent ces deux échelles.

Explication

La population radioactive suit une loi mathématique de décroissance : le nombre $N$ de noyaux diminue avec le temps $t$. Une croissance, une population constante ou une évolution sans loi ne décrivent pas cette décroissance.

Explication

Chez un être vivant, le taux de carbone 14 est maintenu par les échanges de matière ; après la mort, ces échanges cessent et la désintégration fait diminuer le taux, ce qui permet une datation approximative. La production continue confond le sens de l’évolution, la quantité initiale n’est pas mesurée directement et les échanges ne se poursuivent pas après la mort.

Explication

La demi-vie du carbone 14 est de 5550 ans. 11 100 ans et 22 200 ans correspondent respectivement à deux et quatre demi-vies ; 4500 ans n’est pas la valeur indiquée pour cet isotope.

Explication

Les particules alpha émises par le polonium 210 sont peu pénétrantes et ne franchissent pas la peau, mais le polonium est dangereux s’il est absorbé par ingestion ou inhalation. L’activité massique élevée ne rend pas le rayonnement alpha pénétrant, et une faible pénétration ne supprime pas le danger interne.

Explication

La chaîne issue de l’uranium 238 comprend le polonium 210 comme étape intermédiaire et se termine par le plomb 206 stable. L’uranium 238 est le noyau de départ, tandis que le plomb 206 est le produit final stable, et non une étape après laquelle la chaîne continuerait.

Explication

Dans cette désintégration, un neutron se transforme en proton et l’électron émis accompagne l’augmentation du numéro atomique de 6 à 7, tandis que le nombre de masse reste 14. Le noyau fils étant formé directement dans son état fondamental, il n’émet pas de rayonnement gamma de désexcitation ; l’option sur le positon inverse le processus, et celle sur l’augmentation de masse confond nombre de masse et numéro atomique.