QCM : Histoire et formation de la matière — 13 questions

Explication

Le Big Bang s’est produit il y a environ 13,7 milliards d’années et a créé une soupe originelle de particules. L’âge de 4,6 milliards d’années correspond à une autre échelle temporelle et ne décrit pas l’origine de l’Univers.

Explication

L’expansion de l’Univers provoque son refroidissement et réduit progressivement l’agitation des particules. La température initiale a atteint environ $10^{27}\ ^\circ\mathrm{C}$, avant de diminuer jusqu’à environ $3 \times 10^3\ ^\circ\mathrm{C}$ 380 000 ans après le Big Bang. Elle n’entraîne donc pas une hausse de température ni une augmentation de l’agitation particulaire.

Explication

La nucléosynthèse primordiale a lieu après le Big Bang et forme les premiers noyaux simples, notamment d’hydrogène, de deutérium, d’hélium et de lithium. La production de noyaux plus lourds dans les étoiles relève de la nucléosynthèse stellaire.

Explication

La nucléosynthèse stellaire se déroule dans les étoiles et forme des noyaux plus lourds par fusion de noyaux d’hydrogène. Les premiers noyaux simples relèvent de la nucléosynthèse primordiale, tandis que l’association des quarks forme des nucléons.

Explication

Les quarks s’associent par trois pour former les nucléons, puis les protons et les neutrons s’associent pour constituer des noyaux simples. Les neutrons ne résultent pas de trois protons, et les électrons ne se transforment pas directement en noyaux.

Explication

Le numéro atomique $Z$ compte les protons présents dans le noyau. Il ne correspond donc ni au nombre total de nucléons, ni au nombre de masse, ni à l’ensemble des particules du noyau, ni au nombre de neutrons. Pour le noyau de deutérium $^{2}_{1}\mathrm{H}$, sa valeur est $Z=1$.

Explication

Le nombre de masse $A$ représente le nombre total de nucléons et vérifie $A=Z+N$. Le numéro atomique $Z$ compte les protons, sans inclure les neutrons. Le nombre de neutrons se calcule par la relation $N=A-Z$, et non par une addition avec $Z$.

Explication

Dans $^{2}_{1}\mathrm{H}$, l’indice supérieur donne $A=2$ et l’indice inférieur donne $Z=1$. La relation $N=A-Z$ donne donc $N=1$. Le noyau contient un neutron, et la relation entre ces nombres ne comporte pas une addition de $A$ et $Z$ pour calculer $N$.

Explication

Un atome est neutre lorsque ses protons positifs sont aussi nombreux que ses électrons négatifs. Cette compensation rend sa charge totale nulle. Les électrons ne se trouvent pas dans le noyau, et le nombre de neutrons n’est pas imposé par la neutralité.

Explication

Les isotopes sont des noyaux d’un même élément chimique : leur numéro atomique Z est donc identique. Ils se distinguent par leur nombre de neutrons. Les noyaux $^{6}\mathrm{Li}$ et $^{7}\mathrm{Be}$ appartiennent à des éléments différents et ne sont donc pas des isotopes. Des numéros atomiques différents caractérisent des éléments différents.

Explication

Dans la description fournie, le noyau se sépare en deux noyaux plus légers et de l’énergie est libérée. Un neutron peut provoquer cette réaction. L’association de noyaux d’hydrogène pour former un noyau plus lourd relève de la nucléosynthèse stellaire, et non de cette séparation.

Explication

Le nombre de masse total est $235+1=236$ avant et $94+139+3=236$ après. Le numéro atomique total vaut $92$ des deux côtés, car il comptabilise les protons. Le nombre de masse concerne les nucléons, et non les seuls protons.

Explication

Dans les étoiles, les réactions de fusion forment des noyaux progressivement plus lourds. Les explosions stellaires peuvent ensuite synthétiser les éléments chimiques les plus lourds. Elles ne produisent donc pas principalement des noyaux plus légers à partir d’éléments lourds.