QCM : Éléments chimiques et radioactivité (33 questions)

Explication

La matière de l’Univers est principalement composée d’hydrogène et d’hélium, les deux éléments les plus légers. Le fer et l’oxygène, le carbone et l’hydrogène, ainsi que le silicium et l’azote renvoient à d’autres compositions ou mélangent des éléments dominants dans d’autres milieux.

Explication

La Terre est surtout constituée de fer, d’oxygène, de silicium et de magnésium. L’hydrogène et l’hélium caractérisent davantage l’Univers, tandis que le carbone et l’azote figurent parmi les principaux éléments des êtres vivants.

Explication

Les êtres vivants sont principalement constitués d’hydrogène, d’oxygène, de carbone et d’azote. Le fer, le silicium et le magnésium renvoient à la composition terrestre, alors que l’hélium est caractéristique de l’abondance cosmique.

Explication

Quelques minutes après le début de l’expansion, des protons et des neutrons s’assemblent pour former les noyaux légers d’hydrogène et d’hélium. Le carbone, l’azote, le fer et le silicium sont des éléments plus lourds formés ultérieurement.

Explication

Dans les étoiles, la fusion unit des noyaux légers, en commençant par l’hydrogène, pour construire des noyaux plus lourds. La fission scinde un noyau lourd, la dispersion intervient lors de certaines supernovas, et une réaction chimique ne transforme pas les noyaux.

Explication

L’explosion de certaines étoiles massives en supernova favorise la formation d’éléments lourds, qui sont ensuite dispersés dans l’Univers. Les premiers noyaux légers se forment bien plus tôt, et la gravitation rassemble les premiers atomes pour former des étoiles.

Explication

La fusion nucléaire correspond à l’union de deux noyaux légers pour former un noyau plus lourd. La fission scinde un noyau lourd, tandis qu’une désintégration radioactive et une réaction chimique ne désignent pas ce mécanisme d’union nucléaire.

Explication

Les raies spectrales permettent de caractériser un élément chimique. L’idée de raies identiques pour tous les éléments efface cette spécificité, la température n’est pas le caractère établi par cette découverte et le dénombrement des raies noires est associé à Fraunhofer.

Explication

La correspondance entre les raies solaires et celles d’éléments terrestres montre que ces éléments sont aussi présents dans le Soleil. Elle ne détermine pas leurs proportions, ne prouve pas leur lieu de formation et n’attribue pas les raies à Fraunhofer.

Explication

La radioactivité est la désintégration spontanée d’un noyau instable, dit noyau père, en un noyau fils avec émission d’un rayonnement. La fusion associe des noyaux, l’excitation n’implique pas cette transformation, et la stabilisation ne désigne pas la désintégration décrite.

Explication

L’instant de désintégration d’un noyau individuel est aléatoire et imprévisible. La demi-vie décrit l’évolution d’un ensemble macroscopique, les désintégrations individuelles ne suivent pas des intervalles réguliers et l’imprévisibilité individuelle n’empêche pas un rythme collectif connu.

Explication

Une demi-vie est la durée nécessaire pour que la moitié des noyaux initialement présents dans un échantillon macroscopique se soit désintégrée : la moitié de 800 est 400. Les autres valeurs correspondent à un quart, à trois quarts ou à la totalité de l’échantillon.

Explication

Après trois demi-vies, $N = \frac{160}{2^3} = \frac{160}{8} = 20$ noyaux. Diviser directement par trois donne environ 53, deux demi-vies laissent 40 noyaux, et multiplier par huit inverse la décroissance.

Explication

Le carbone 14 se désintègre en azote 14, qui est stable. L’azote 15 confond l’isotope produit, le carbone 14 inverse la transformation et l’oxygène 14 désigne un autre noyau.

Explication

À la mort, les échanges qui renouvelaient le carbone 14 cessent, tandis que sa désintégration continue et en réduit la quantité. Le renouvellement par les échanges ignore la mort, l’augmentation inverse la décroissance et la reformation à partir de l’azote décrit une transformation opposée.

Explication

La quantité de carbone 14 restante sert à estimer le temps écoulé depuis la mort de l’organisme. L’âge du sol, la durée de vie et l’identification de l’espèce ne sont pas la grandeur ainsi datée.

Explication

Depuis les années 1980, la méthode peut dater des échantillons de 1 mg pour des âges compris entre 300 et 50 000 ans; 20 000 ans appartient à cette plage. Plusieurs grammes et la plage de 1 000 à 30 000 ans renvoient aux premières méthodes, tandis que 20 000 ans est inférieur à 50 000 ans.

Explication

Un rayonnement alpha correspond à l’émission d’un noyau d’hélium ⁴₂He. Le positon caractérise le bêta plus, l’électron le bêta moins et le photon le rayonnement gamma.

Explication

Le rayonnement bêta plus correspond à l’émission d’un positon ⁰₊₁e. L’électron est associé au bêta moins, le noyau d’hélium à alpha et le photon à gamma.

Explication

L’émission d’un électron ⁰₋₁e caractérise le rayonnement bêta moins. Le positon appartient au bêta plus, le noyau d’hélium à alpha et le photon à gamma.

Explication

La radioactivité naturelle correspond à l’émission d’un rayonnement intense par des noyaux existant dans la nature. La radioactivité artificielle concerne des noyaux créés en laboratoire; l’absence de rayonnement ne définit pas la radioactivité naturelle; la radioactivité induite en laboratoire renvoie à des noyaux artificiels.

Explication

La radioactivité artificielle est l’émission d’un rayonnement intense par des noyaux créés en laboratoire qui n’existent pas dans la nature. La radioactivité naturelle concerne des noyaux présents dans la nature; l’absence d’émission ne correspond pas au cas décrit; l’origine naturelle contredit la fabrication en laboratoire.

Explication

Dans l’écriture conventionnelle, A est le nombre de nucléons et Z le nombre de protons. Inverser A et Z confond leurs rôles; les neutrons ne sont pas dénombrés par Z; A inclut aussi les neutrons, et non les seuls protons.

Explication

Le nombre de neutrons est le nombre de masse moins le numéro atomique : $238-92=146$. Répondre 238 confond nucléons et neutrons, 92 reprend le nombre de protons, et 330 additionne les deux indices.

Explication

Pendant leur vie, les étoiles massives synthétisent des éléments allant du carbone jusqu’au fer. L’hydrogène renvoie à une étape antérieure, tandis que le plomb et l’uranium dépassent la limite indiquée pour cette synthèse stellaire.

Explication

Les éléments lourds présents dans la Terre et les êtres vivants ont été synthétisés avant la formation de la Terre, lors de phases de nucléosynthèse stellaire et explosive. L’accrétion terrestre, les transformations biologiques et les premiers instants de l’Univers ne correspondent pas à leur origine décrite ici.

Explication

Après la mort, l’organisme n’assimile plus de carbone et son rapport $^{14}\mathrm{C}/^{12}\mathrm{C}$ diminue. Dire qu’il augmente inverse l’évolution, et le présenter comme constant néglige la diminution du carbone 14 par rapport au carbone 12.

Explication

La datation repose sur l’assimilation du carbone 14 par les êtres vivants, puis sur la diminution du rapport $^{14}\mathrm{C}/^{12}\mathrm{C}$ après la mort ; une courbe d’étalonnage permet d’en déduire l’âge. Une hausse du rapport inverse le mécanisme, tandis que les autres propositions omettent soit la mesure du rapport, soit son étalonnage.

Explication

L’uranium naturel est constitué essentiellement de 99,3 % d’uranium 238 et de 0,7 % d’uranium 235. Inverser ces proportions ou attribuer la forte abondance à l’uranium 235 confond les isotopes, tandis qu’une répartition égale ne correspond pas aux abondances naturelles.

Explication

La longue demi-vie de l’uranium 235, d’environ 700 millions d’années, explique qu’il soit le seul isotope fissile présent comme noyau primordial. La fissilité n’implique pas une stabilité absolue, et la persistance ne s’explique ni par une demi-vie courte ni par son abondance.

Explication

Après une demi-vie, le nombre de noyaux restants est divisé par deux : 800 ÷ 2 = 400. Le doubler revient à remonter le temps, tandis que 200 correspondrait à deux demi-vies.

Explication

La radiothérapie externe dirige les rayons vers la tumeur en traversant la peau. La curiethérapie, au contraire, place des sources radioactives à l’intérieur du corps, au contact de la tumeur.

Explication

Les noyaux positifs se repoussent ; pour permettre leur fusion, le système doit atteindre plusieurs dizaines, voire centaines de millions de degrés Celsius. Une température basse ou simplement de l’ordre de quelques milliers de degrés ne répond pas à cette exigence.