QCM : Modèle quantique et classification périodique (11 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Dans l’équation de Schrödinger H^(Ψ)=EΨ\hat{H}(\Psi)=E\Psi, que représente H^\hat{H} ?

L’opérateur hamiltonien appliqué à la fonction d’onde.
La probabilité de présence de l’électron dans une orbitale.
L’énergie de l’électron associée à une fonction propre.
La fonction d’onde multipliée par l’énergie de l’électron.

L’opérateur hamiltonien appliqué à la fonction d’onde.

Explication

H^\hat{H} désigne l’opérateur hamiltonien dans l’équation de Schrödinger. La fonction d’onde est représentée par Ψ\Psi, tandis que EE correspond à l’énergie de l’électron.

2. Quel phénomène le modèle de Bohr décrit-il pour l’hydrogène sans rendre compte de l’ensemble des raies des atomes polyélectroniques ?

Les raies d’émission et d’absorption de l’hydrogène.
Les probabilités de présence des électrons dans tous les atomes.
Les valeurs d’énergie accessibles dans les molécules complexes.
Les trajectoires exactes des électrons dans les atomes polyélectroniques.

Les raies d’émission et d’absorption de l’hydrogène.

Explication

Le modèle de Bohr décrit les raies d’émission et d’absorption de l’hydrogène, mais ne couvre pas toutes celles des atomes polyélectroniques. Les probabilités de présence relèvent de la description quantique de l’électron, et non de cette capacité du modèle de Bohr.

3. Pourquoi une énergie propre correspond-elle à une valeur d’énergie accessible à l’électron ?

Parce que l’opérateur hamiltonien impose une orbite classique stable à chaque électron.
Parce que toute valeur d’énergie produit une fonction d’onde normalisable.
Parce que l’énergie propre indique la position exacte de l’électron dans l’atome.
Parce que l’équation de Schrödinger admet des solutions pour certaines valeurs d’énergie quantifiées.

Parce que l’équation de Schrödinger admet des solutions pour certaines valeurs d’énergie quantifiées.

Explication

Une énergie propre est une énergie accessible parce que l’équation de Schrödinger ne possède de solutions que pour certaines valeurs quantifiées. Une fonction propre renseigne sur la probabilité de présence, et non sur une position exacte.

4. Quelle contradiction apparaît entre le modèle de Bohr et la mécanique classique à propos d’un électron en orbite autour du noyau ?

Bohr associe l’électron à un nuage de probabilité, tandis que la mécanique classique lui attribue une énergie quantifiée.
Bohr décrit une orbite stable, tandis que la mécanique classique prévoit une perte d’énergie par rayonnement et une chute vers le noyau.
Bohr explique les raies des atomes polyélectroniques, tandis que la mécanique classique ne décrit que celles de l’hydrogène.
Bohr prévoit une perte d’énergie par rayonnement, tandis que la mécanique classique maintient une orbite stable autour du noyau.

Bohr décrit une orbite stable, tandis que la mécanique classique prévoit une perte d’énergie par rayonnement et une chute vers le noyau.

Explication

Dans le modèle de Bohr, l’électron demeure sur une orbite stable, alors qu’une charge en mouvement circulaire devrait rayonner et perdre de l’énergie selon la mécanique classique. Cette dernière ne prédit donc pas le maintien de l’orbite stable proposé par Bohr.

5. Que désigne le nombre quantique secondaire ll dans la description d’un électron ?

Il indique l’orientation spatiale de l’orbitale occupée.
Il fixe le nombre quantique principal de l’électron.
Il détermine la sous-couche à laquelle appartient l’électron.
Il précise le sens du spin de l’électron dans l’orbitale.

Il détermine la sous-couche à laquelle appartient l’électron.

Explication

Le nombre quantique secondaire ll détermine la sous-couche, avec les correspondances s, p, d et f pour les valeurs 0, 1, 2 et 3. L’orientation spatiale est plutôt donnée par le nombre quantique magnétique mm.

6. Combien d’orientations spatiales les orbitales p possèdent-elles ?

Cinq orientations, comme les orbitales d d’une sous-couche d
Une orientation unique, déterminée par le nombre quantique principal
Trois orientations, associées aux valeurs possibles de m=−1,0,+1m=-1,0,+1
Deux orientations, associées aux deux lobes d’une orbitale p

Trois orientations, associées aux valeurs possibles de $$m=-1,0,+1$$

Explication

Les orbitales p présentent trois orientations spatiales, correspondant aux trois valeurs possibles du nombre quantique magnétique. Les deux lobes d’une orbitale p décrivent sa forme, et non le nombre de ses orientations.

7. Quel rôle joue le nombre quantique magnétique dans la description d’une orbitale atomique ?

Il détermine le volume global de l’orbitale.
Il indique le nombre maximal d’électrons de l’orbitale.
Il précise l’orientation de l’orbitale dans l’espace.
Il fixe la forme de l’orbitale atomique.

Il précise l’orientation de l’orbitale dans l’espace.

Explication

Le nombre quantique magnétique précise l’orientation spatiale de l’orbitale, tandis que le nombre principal indique son volume global et le nombre secondaire sa forme. La forme n’est donc pas déterminée par le nombre quantique magnétique.

8. Dans le remplissage des sous-couches, quel changement énergétique se produit dès qu’un électron occupe une orbitale 3d ?

Les sous-couches 3d et 4s inversent leur ordre énergétique, bien que 4s soit remplie en premier.
Les sous-couches 3d et 4s gardent leur ordre énergétique jusqu’au remplissage complet de 3d.
La sous-couche 3d devient moins énergétique que 4s seulement après son remplissage complet.
La sous-couche 4s devient plus énergétique que 3d avant qu’un électron ne soit placé dans 4s.

Les sous-couches 3d et 4s inversent leur ordre énergétique, bien que 4s soit remplie en premier.

Explication

La présence d’au moins un électron 3d entraîne l’inversion énergétique entre 3d et 4s, alors que les électrons 4s sont placés avant le début du remplissage de 3d. L’idée que l’ordre reste inchangé jusqu’au remplissage complet de 3d ne tient pas compte de cette inversion déclenchée par le premier électron 3d.

9. Quelle différence distingue les électrons de cœur des électrons de valence quant à leur rôle chimique ?

Les électrons de cœur et de valence sont aussi liés au noyau, mais seuls les électrons de cœur déterminent la réactivité.
Les électrons de cœur participent aux liaisons, tandis que les électrons de valence influencent peu les propriétés chimiques.
Les électrons de cœur occupent les sous-couches les plus externes, tandis que les électrons de valence restent proches du noyau.
Les électrons de cœur sont fortement liés au noyau, tandis que les électrons de valence participent à la réactivité et aux liaisons.

Les électrons de cœur sont fortement liés au noyau, tandis que les électrons de valence participent à la réactivité et aux liaisons.

Explication

Les électrons de cœur sont fortement liés au noyau et influencent peu les propriétés chimiques, alors que les électrons de valence sont impliqués dans la réactivité et la formation des molécules. L’idée que les électrons de cœur participent aux liaisons inverse les rôles de ces deux catégories.

10. Lorsqu’on établit la configuration électronique d’un cation d’un métal de transition concerné par l’inversion énergétique, quelle sous-couche perd ses électrons en premier ?

La sous-couche ns se vide avant la sous-couche d en cours de remplissage.
Les électrons sont retirés d’abord de la sous-couche occupée de plus basse énergie.
La sous-couche d se vide avant la sous-couche ns de même période.
Les électrons sont retirés en suivant l’ordre de remplissage de l’atome neutre.

La sous-couche ns se vide avant la sous-couche d en cours de remplissage.

Explication

Pour ces cations, les électrons de la sous-couche ns sont retirés avant ceux de la sous-couche d en cours de remplissage. Le fait que ns soit remplie avant d dans l’atome neutre ne signifie pas qu’elle se vide après d lors de la formation du cation.

11. Pourquoi le classement périodique par numéro atomique a-t-il remplacé celui par masse atomique après la découverte de la charge du noyau ?

Le numéro atomique permet d’ordonner les éléments selon la charge de leur noyau.
Le numéro atomique classe les éléments selon leur masse moyenne isotopique.
Le numéro atomique regroupe les éléments selon leur état physique habituel.
Le numéro atomique indique directement la masse des électrons de valence.

Le numéro atomique permet d’ordonner les éléments selon la charge de leur noyau.

Explication

La découverte de la charge du noyau a conduit à ordonner les éléments par numéro atomique croissant plutôt que par masse atomique. Le classement par masse moyenne isotopique correspond à l’ancienne méthode, et non à la raison de ce changement.

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Quel paradoxe concerne l’orbite de l’électron dans le modèle de Bohr ?

Une particule chargée en mouvement circulaire devrait perdre de l’énergie par rayonnement et s’écraser sur le noyau.

Quelle limite le principe d’incertitude d’Heisenberg impose-t-il à la mesure d’une particule très légère ?

Sa position et sa vitesse ne peuvent être déterminées simultanément avec précision.

Quelle équation de Schrödinger relie l’hamiltonien, la fonction d’onde et l’énergie ?

H^(Ψ)=EΨ\hat{H}(\Psi)=E\Psi

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