QCM : Familles et propriétés périodiques (34 questions)

Explication

L’atome possède un noyau constitué de protons et de neutrons, autour duquel gravitent les électrons. Les autres propositions déplacent à tort une particule dans ou hors du noyau.

Explication

Une unité $u$ vaut le douzième de la masse d’un atome de carbone 12, soit environ $1{,}66\times10^{-27}\,\mathrm{kg}$. La masse entière, la division par six et la valeur en grammes convertie à tort en kilogrammes expliquent les autres résultats.

Explication

Le numéro atomique $Z$ désigne le nombre de protons, donc cet atome en possède 15. Les neutrons et les nucléons correspondent à d’autres quantités, et le nombre d’électrons n’est pas la définition de $Z$.

Explication

Le nombre de masse est la somme des protons et des neutrons : $A=N+Z=13+12=25$. La soustraction, le choix des seuls neutrons et le double comptage des protons n’appliquent pas cette relation.

Explication

La perte d’électrons forme un cation; la perte de deux charges négatives donne ici une charge $+2$. Un anion résulterait d’un gain d’électrons, tandis qu’une perte d’un seul électron donnerait une charge $+1$.

Explication

Des isotopes d’un même élément ont le même nombre de protons, mais des nombres de neutrons différents. Un nombre de neutrons différent ne définit pas à lui seul un autre élément, et des nucléides identiques auraient les mêmes nombres de protons et de neutrons.

Explication

Le tritium est noté ³₁T, tandis que ²₁D désigne le deutérium et ¹₁H l’hydrogène présenté. La notation ²₁T lui attribuerait le nombre de masse du deutérium.

Explication

La couche M correspond à $n=3$ ; les couches K et L correspondent respectivement à $n=1$ et $n=2$. La valeur $n=4$ ne correspond pas à la couche M.

Explication

Le nombre quantique secondaire vérifie $0\leq\ell\leq n-1$ ; pour $n=3$, les valeurs permises sont donc $0, 1, 2$. La série qui commence à 1 oublie la valeur zéro, tandis que celle qui inclut 3 dépasse la borne supérieure.

Explication

La sous-couche d peut accueillir au maximum 10 électrons. Les valeurs 6, 14 et 2 correspondent respectivement aux capacités maximales de p, f et s.

Explication

La règle de Klechkowsky fait remplir les orbitales par énergie croissante. Commencer par la plus énergétique inverse la règle, tandis que le type de sous-couche ou le nombre quantique principal ne remplace pas ce critère.

Explication

Le principe de Pauli autorise au plus deux électrons par orbitale, et leurs spins doivent être opposés. Deux spins identiques violent cette condition, tandis que la limite n’est pas d’un seul électron.

Explication

La règle de Hund prévoit qu’on occupe d’abord séparément les orbitales de même énergie avec des spins identiques. L’appariement commence ensuite; des spins opposés ne caractérisent pas les électrons placés séparément à cette étape.

Explication

Les éléments sont classés par numéro atomique croissant et organisés selon leur configuration électronique, qui sous-tend leurs propriétés chimiques. La masse atomique ou l’état physique ne constitue pas le principe d’organisation indiqué.

Explication

Les alcalins de la colonne 1 ont une configuration ns¹, forment des cations monovalents et leurs oxydes sont basiques. La valence bivalente correspond aux alcalino-terreux, l’anion bivalent et l’oxyde acide aux chalcogènes, et les valences multiples aux métaux de transition.

Explication

Les métaux de transition des colonnes 3 à 12 ont une configuration externe (n−1)dˣ, ns², avec ns¹ ou ns⁰ possible, et peuvent former des cations de valences différentes. La configuration ns¹ caractérise les alcalins, ns²np⁴ les chalcogènes et ns² les alcalino-terreux.

Explication

Les chalcogènes de la colonne 16 ont la configuration externe ns²np⁴; ils forment notamment des anions bivalents et leurs oxydes sont acides. La configuration ns²np⁵ est celle des halogènes, ns² celle des alcalino-terreux et ns²np² celle de la famille du carbone.

Explication

Les métaux occupent les blocs s, d et f ainsi qu’une moitié du bloc p; ils sont généralement solides à température ambiante et bons conducteurs. Les non-métaux sont généralement mauvais conducteurs et se trouvent dans la seconde moitié du bloc p; l’état solide, pris isolément, ne permet pas de les distinguer.

Explication

Les non-métaux occupent la seconde moitié du bloc p et sont solides ou gazeux à 25 °C; ils conduisent mal la chaleur et sont isolants électriques. Les bons conducteurs caractérisent les métaux, tandis que l’état liquide à température ambiante correspond aux exceptions citées, le mercure parmi les métaux et le dibrome parmi les non-métaux.

Explication

L’électronégativité caractérise l’attraction des électrons par un atome et peut être exprimée sur les échelles de Pauling et de Mulliken. L’affinité électronique concerne l’électron supplémentaire, l’énergie d’ionisation l’arrachement d’un électron à l’atome neutre, et la charge nucléaire effective tient compte de l’écran électronique.

Explication

Dans une même famille, l’électronégativité diminue lorsque Z augmente. L’augmentation inverse correspond à la tendance dans une période, tandis que la constance et l’absence de tendance ne respectent pas cette règle.

Explication

Dans une même période, l’électronégativité augmente avec Z. La diminution correspond à la tendance dans une famille, tandis qu’une valeur identique ou une absence de tendance contredit la variation périodique donnée.

Explication

L’affinité électronique est définie par l’énergie nécessaire pour retirer un électron de l’ion négatif gazeux; elle traduit aussi l’attraction de l’atome pour son électron supplémentaire. L’énergie de première ionisation part d’un atome neutre, la capture décrit le processus inverse, et l’électronégativité porte sur l’attraction des électrons.

Explication

La première ionisation est l’énergie minimale nécessaire pour arracher un électron à l’atome neutre gazeux, qui devient alors un ion positif. Le départ d’un ion négatif définit l’affinité électronique, tandis que le départ d’un ion positif concerne une ionisation ultérieure et que l’ajout d’un électron est le processus inverse.

Explication

Dans une même période, l’énergie d’ionisation augmente avec Z; l’élément de droite a donc une énergie plus élevée dans cette comparaison. La diminution s’applique à une famille, tandis que l’égalité et l’absence de tendance ne correspondent pas à la règle périodique.

Explication

La charge nucléaire effective se calcule par $Z_{\mathrm{eff}}=Z-\sum_i\sigma_i$; ici, $12-8=4$. Ajouter l’écran donne 20, prendre l’écran seul donne 8, et inverser la soustraction donne −4.

Explication

Le retour d’un état excité vers l’état fondamental libère de l’énergie sous forme d’un photon. L’absorption correspond au passage inverse, vers un état excité; l’ionisation et l’émission d’un électron ne décrivent pas cette transition.

Explication

La variation d’énergie vérifie $\Delta E=\frac{hc}{\lambda}$, donc $\lambda=\frac{hc}{\Delta E}$. $\frac{\Delta E}{hc}$ inverse cette relation, $\frac{c}{\Delta E}$ omet la constante de Planck et $\frac{h\Delta E}{c}$ place incorrectement l’énergie au numérateur.

Explication

Le rayon atomique augmente avec Z au sein d’une même famille, mais diminue avec Z au sein d’une même période. Les autres réponses inversent l’une ou les deux tendances.

Explication

Pour un élément donné, le rayon ionique d’un anion dépasse le rayon atomique, tandis que celui d’un cation lui est inférieur. Inverser les effets des charges ou leur attribuer le même effet ne respecte pas cette distinction.

Explication

Le neutron est électriquement neutre et sa masse est très proche de celle du proton, autour de $1{,}675 \times 10^{-27}$ kg. Le proton porte une charge positive, l’électron est très léger et chargé négativement, et le positron est une particule distincte.

Explication

Le nombre magnétique prend toutes les valeurs entières de $-\ell$ à $+\ell$ ; pour $\ell=2$, cela donne cinq valeurs qui repèrent les cinq orbitales. Les valeurs $-1, 0, +1$ correspondent à $\ell=1$, tandis que les deux autres choix omettent des valeurs permises.

Explication

Dans un groupe, les éléments ont une configuration électronique externe analogue; dans une période, ils partagent le même nombre quantique principal n. Inverser ces propriétés confond groupe et période, tandis que les deux autres réponses attribuent à tort une propriété commune à l’autre type de paire.

Explication

Les alcalino-terreux de la colonne 2 ont une configuration externe ns², forment des cations bivalents et donnent des oxydes basiques. La configuration ns¹ correspond aux alcalins, la charge X⁺ est monovalente et le caractère acide contredit le comportement indiqué pour leurs oxydes.