QCM : Éléments chimiques et radioactivité (11 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Deux noyaux portent le même symbole chimique, mais l’un possède deux neutrons de plus que l’autre. Comment les classer ?

Comme deux éléments chimiques différents
Comme des ions du même élément
Comme des noyaux du même élément et du même isotope
Comme des isotopes du même élément

Comme des isotopes du même élément

Explication

Des isotopes sont des versions d’un même élément ayant le même nombre de protons et des nombres de neutrons différents. Les ions se distinguent par leur charge électronique, tandis que des nombres de protons différents correspondent à des éléments distincts.

2. Quel élément est d’abord produit par les fusions successives au cours de la vie d’une étoile, avant la formation d’éléments plus lourds dans sa phase finale ?

Le fer
L’hélium
Le silicium
Un élément plus lourd que le fer

Le fer

Explication

Les fusions successives produisent d’abord du fer, puis des éléments plus lourds dans la phase finale de l’étoile. L’hélium intervient au début de la nucléosynthèse, le silicium est cité parmi les constituants de la Terre, et les éléments plus lourds que le fer viennent après celui-ci.

3. Dans une étoile, deux noyaux légers s’assemblent et de l’énergie est libérée. Quelle transformation nucléaire a lieu ?

Une fission, qui forme deux noyaux plus légers
Une fusion, qui forme deux noyaux plus légers
Une désintégration radioactive, qui forme un noyau plus lourd
Une fusion, qui forme un noyau plus lourd

Une fusion, qui forme un noyau plus lourd

Explication

La fusion assemble des noyaux légers en un noyau plus lourd et libère de l’énergie. La fission scinde un noyau lourd, tandis que la désintégration radioactive n’est pas le processus décrit ici.

4. Pour un noyau noté 1123Na^{23}_{11}\mathrm{Na}, quelle interprétation des nombres de la notation est correcte ?

A vaut 23 nucléons, Z vaut 11 neutrons et Na désigne l’élément
A vaut 11 nucléons, Z vaut 23 protons et Na désigne l’élément
A vaut 23 nucléons, Z vaut 11 protons et Na désigne l’élément
A vaut 23 protons, Z vaut 11 nucléons et Na désigne l’élément

A vaut 23 nucléons, Z vaut 11 protons et Na désigne l’élément

Explication

Dans la notation ZAX^{A}_{Z}X, A est le nombre de nucléons, Z le numéro atomique et donc le nombre de protons, et X le symbole de l’élément. Inverser A et Z, lire Z comme le nombre de neutrons ou lire A comme le nombre de protons confond ces rôles.

5. Que désigne la radioactivité ?

La transformation provoquée d’un noyau stable en noyau instable, accompagnée d’une émission de particules
La modification de la température d’un noyau instable, qui le transforme en un noyau de même stabilité
La transformation spontanée d’un noyau instable en noyau stable, accompagnée d’un rayonnement électromagnétique
La séparation d’un noyau stable en deux noyaux plus légers sous l’action d’un neutron

La transformation spontanée d’un noyau instable en noyau stable, accompagnée d’un rayonnement électromagnétique

Explication

La radioactivité correspond à la transformation spontanée d’un noyau père instable en noyau fils stable, avec émission de rayonnement électromagnétique. La fission provoquée par un neutron, évoquée par un distracteur, décrit un autre type de réaction nucléaire.

6. Quelle est la demi-vie de l’uranium 235 ?

704 000 000 ans
50 000 ans
5 730 ans
3 × 10⁻⁷ seconde

704 000 000 ans

Explication

La demi-vie de l’uranium 235 est de 704 000 000 ans. La valeur de 3 × 10⁻⁷ seconde correspond à la demi-vie du polonium 212.

7. Quel est le rôle de la particule émise lors d’une désintégration alpha ?

Emporter un électron émis par le cortège électronique de l’atome
Emporter un neutron isolé libéré par le noyau instable
Emporter deux protons et deux neutrons sous forme d’un noyau d’hélium
Transmettre un rayonnement électromagnétique sans émission de nucléons

Emporter deux protons et deux neutrons sous forme d’un noyau d’hélium

Explication

La particule alpha est un noyau d’hélium, constitué de deux protons et de deux neutrons. Un électron est associé à une désintégration bêta, et non à une désintégration alpha.

8. Quelle différence distingue la datation au carbone 14 d’une datation fondée sur un rapport isotopique mesuré dans un échantillon ?

La courbe de décroissance du rapport 14C/12C^{14}\mathrm{C}/^{12}\mathrm{C} permet de dater des objets de tout âge.
La masse de l’échantillon permet d’estimer son âge carbone 14, sans limite liée à son ancienneté.
La quantité de carbone 12 permet d’estimer l’âge carbone 14, avec une limite d’environ 5 730 ans.
La courbe du rapport 14C/12C^{14}\mathrm{C}/^{12}\mathrm{C} permet d’estimer l’âge carbone 14, avec une limite d’environ 50 000 ans.

La courbe du rapport $$^{14}\mathrm{C}/^{12}\mathrm{C}$$ permet d’estimer l’âge carbone 14, avec une limite d’environ 50 000 ans.

Explication

La méthode s’appuie sur la courbe de décroissance du rapport 14C/12C^{14}\mathrm{C}/^{12}\mathrm{C}, et elle ne permet pas de dater des objets âgés de plus de 50 000 ans. La demi-vie de 5 730 ans caractérise le carbone 14, mais ne constitue pas la limite maximale de datation.

9. Pourquoi la réaction triple alpha peut-elle produire du carbone 12 stable dans une étoile lorsque la température atteint environ 100 MK ?

Le carbone 12 peut alors se scinder en béryllium 8 et en hélium 4.
L’hélium 4 peut alors capturer un rayon gamma et se transformer directement en carbone 12.
Le béryllium 8 peut alors rencontrer un noyau d’hélium 4 et former du carbone 12.
Deux noyaux de carbone 12 peuvent alors fusionner pour former du béryllium 8.

Le béryllium 8 peut alors rencontrer un noyau d’hélium 4 et former du carbone 12.

Explication

À cette température, le béryllium 8 peut réagir avec un noyau d’hélium 4 et donner du carbone 12 stable, avec émission d’un rayon gamma. La formation du carbone 12 ne résulte pas de la scission du carbone en hélium et en béryllium.

10. Pour classer des transformations nucléaires à partir de leurs produits, quel critère permet de distinguer une fusion d’une fission ?

La fusion émet un neutron, tandis que la fission émet un rayon gamma.
La fusion divise un noyau, tandis que la fission assemble des noyaux.
La fusion assemble des noyaux, tandis que la fission divise un noyau.
La fusion transforme un noyau instable, tandis que la fission le rend stable.

La fusion assemble des noyaux, tandis que la fission divise un noyau.

Explication

On reconnaît une fusion à l’assemblage de noyaux et une fission à la division d’un noyau. Confondre ces opérations inverse leurs caractéristiques : la division correspond à la fission, pas à la fusion.

11. Quelle séquence décrit la formation du carbone 14 dans l’atmosphère ?

L’azote émet des rayons cosmiques, qui réagissent avec le carbone et produisent du carbone 14.
Les rayons cosmiques libèrent des neutrons, qui réagissent avec l’azote et produisent du carbone 14.
Les rayons cosmiques libèrent des protons, qui réagissent avec l’oxygène et produisent du carbone 14.
Le dioxyde de carbone absorbe des neutrons, qui réagissent avec l’hydrogène et produisent du carbone 14.

Les rayons cosmiques libèrent des neutrons, qui réagissent avec l’azote et produisent du carbone 14.

Explication

Les réactions provoquées par les rayons cosmiques dans l’atmosphère libèrent des neutrons, lesquels réagissent avec l’azote pour former du carbone 14. Une confusion plausible consiste à attribuer la production du carbone 14 à l’oxygène, alors que c’est l’azote qui intervient dans cette réaction.

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Mémorisez les réponses avec 9 flashcards sur Éléments chimiques et radioactivité.

De quoi l’Univers était-il principalement constitué juste après le Big Bang, il y a 13,8 milliards d’années ?

De noyaux d’hydrogène.

Que produit la fusion de noyaux légers dans les étoiles ?

Des noyaux plus lourds et de l’énergie.

Qu’est-ce qu’un nucléon dans le noyau atomique ?

Un proton ou un neutron.

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