QCM : Histoire et radioactivité des éléments — 21 questions

Explication

Un élément chimique est défini par la composition de son noyau, qui contient des protons et des neutrons. Un noyau ne se définit pas par la présence d’électrons, car ceux-ci se trouvent à l’extérieur du noyau.

Explication

Le numéro atomique $Z$ correspond au nombre de protons, alors que le nombre de nucléons $A$ correspond au total des protons et des neutrons. Confondre ces deux nombres revient donc à attribuer à $Z$ une définition qui appartient à $A$.

Explication

Le Big Bang correspond à une explosion très énergétique produisant notamment des quarks, des protons, des neutrons, des électrons, des photons et de la matière noire. Les étoiles et les planètes sont des structures cosmiques formées ultérieurement, et non des produits directs énumérés ici.

Explication

L’expansion rapide de l’Univers entraîne une diminution de la température et de l’énergie des particules. Elle ne provoque donc pas leur échauffement, même si elle modifie leur évolution collective.

Explication

La nucléosynthèse primordiale assemble des particules pour former les noyaux légers lorsque l’Univers se refroidit. La production d’éléments plus lourds relève plutôt de la nucléosynthèse stellaire, et non de cette phase primordiale.

Explication

La nucléosynthèse stellaire produit de nouveaux éléments plus lourds grâce à des réactions de fusion et de fission dans les étoiles. Le refroidissement de l’Univers et la capture des électrons décrivent des étapes cosmologiques antérieures, pas le mécanisme stellaire ciblé.

Explication

Les étoiles naines forment des éléments jusqu’au fer $^{56}\mathrm{Fe}$, tandis que les étoiles géantes et les supernovas peuvent produire des éléments au-delà du fer. Attribuer cette production lourde aux galaxies ou aux planètes confond les sites de nucléosynthèse avec les structures qui contiennent les éléments.

Explication

La diversité chimique de l’Univers comprend 118 éléments chimiques différents. Le nombre 92 correspond à une autre classification historique des éléments naturels, et non à la valeur indiquée ici.

Explication

L’hydrogène et l’hélium représentent chacun 9 % des atomes, alors que les 116 autres éléments constituent ensemble 1 % et deviennent généralement plus rares lorsque leur masse augmente. L’idée d’une domination des éléments lourds inverse donc la tendance observée.

Explication

La Terre est surtout constituée d’oxygène, de fer, de silicium et de magnésium. Le fer, le nickel et le soufre caractérisent plutôt la composition principale du noyau terrestre.

Explication

Une molécule organique contient des atomes de carbone et d’hydrogène liés entre eux, avec parfois d’autres atomes. Une molécule organique ne se définit donc pas par l’absence de carbone ou par la présence exclusive de métaux.

Explication

Le carbone, l’hydrogène, l’oxygène et l’azote participent notamment à la formation des glucides, des lipides et des protides. Le fer, le silicium et le magnésium sont plutôt associés aux constituants majeurs de la Terre.

Explication

La radioactivité correspond à la désintégration spontanée et irréversible d’un élément instable, avec émission d’un rayonnement et formation d’un élément fils plus stable. Elle ne suppose donc pas que le noyau initial reste inchangé.

Explication

La radioactivité bêta se caractérise par l’émission d’un électron ou d’un proton, selon le type de désintégration. L’émission d’un noyau d’hélium correspond à la radioactivité alpha, tandis qu’un photon est associé au rayonnement gamma.

Explication

Le carbone 14 se forme dans la haute atmosphère lorsque l’azote ¹⁴₇N réagit avec un électron sous l’action des rayons solaires. Les autres propositions associent sa formation à des noyaux ou à des mécanismes qui ne correspondent pas au processus décrit.

Explication

Chez un organisme vivant, les échanges avec l’atmosphère et l’alimentation des organismes hétérotrophes compensent la désintégration du carbone 14. La désintégration ne s’arrête pas pendant la vie et l’organisme ne fabrique pas lui-même ce carbone à partir de l’oxygène.

Explication

Après la mort, l’organisme ne reçoit plus de nouveaux apports de carbone 14, tandis que celui qu’il contient continue de se désintégrer. Cette diminution mesurable permet d’estimer le temps écoulé depuis la mort.

Explication

Au-delà d’environ 50 000 ans, il reste trop peu de carbone 14 pour obtenir une mesure suffisamment précise. La demi-vie ne change pas avec l’âge de l’échantillon, et la limite ne vient pas d’une reprise des échanges atmosphériques.

Explication

La demi-vie correspond au temps nécessaire à la désintégration de la moitié des éléments pères présents dans l’échantillon. Elle ne signifie donc pas que la désintégration complète se produit pendant cette même durée.

Explication

Chaque élément radioactif possède une demi-vie qui lui est caractéristique. Ainsi, le polonium ²¹⁴Po et l’uranium ²³⁸U ont des demi-vies différentes, indépendamment de la quantité étudiée.

Explication

La demi-vie du carbone 14 est de 5730 ans. Le polonium ²¹⁴Po a une demi-vie d’environ 164 microsecondes, l’uranium ²³⁸U d’environ 4,5 milliards d’années et le thorium 230 d’environ 75 000 ans.