QCM : Organisation électronique des atomes (27 questions)

Explication

La relation de De Broglie donne la longueur d’onde en divisant la constante de Planck par la quantité de mouvement. L’expression $hp$ multiplie au contraire ces deux grandeurs.

Explication

Le principe impose que le produit des incertitudes sur la position et la quantité de mouvement soit supérieur à $\frac{h}{2\pi}$. L’égalité est une autre forme souvent associée à une limite particulière, mais ce n’est pas l’inégalité donnée ici.

Explication

En mécanique quantique, le concept de trajectoire n’existe pas. La quantité de mouvement, l’énergie et la longueur d’onde restent des notions utilisées dans cette description.

Explication

La fonction d’onde décrit le comportement ondulatoire d’une particule ou d’un ensemble de particules. Elle ne fournit pas une trajectoire classique précise.

Explication

Pour un système hydrogénoïde à un électron, le carré de la fonction d’onde représente la densité de probabilité de présence de l’électron. Il ne correspond pas à sa vitesse.

Explication

La probabilité élémentaire de présence est le produit de $\Psi^2$ par le volume élémentaire $dV$. Diviser le volume par $\Psi^2$ ne correspond pas à la relation de probabilité donnée.

Explication

La normalisation garantit que la probabilité totale de présence dans tout l’espace accessible vaut 1. La valeur de la fonction d’onde en un point ne donne pas cette probabilité totale.

Explication

Une orbitale atomique est une fonction d’onde normalisée solution de l’équation de Schrödinger, qui définit un volume où l’électron a une certaine probabilité de se trouver. Une trajectoire classique ne constitue pas une orbitale.

Explication

Une orbitale atomique hydrogénoïde est définie par les trois nombres quantiques $n$, $l$ et $m$. Le nombre quantique de spin $s$ ne fait pas partie de ces trois nombres définissant l’orbitale.

Explication

Les règles imposent $0\leq l<n$, puis $-l\leq m\leq +l$ ; ainsi, $l=2$ et $m=-1$ conviennent pour $n=3$. Avec $l=3$, la condition $l<n$ n’est pas respectée.

Explication

La correspondance est $l=0\to s$, $l=1\to p$, $l=2\to d$ et $l=3\to f$. La sous-couche p correspond donc à $l=1$, et non à $l=2$.

Explication

La fonction d’onde se factorise en une partie radiale et deux parties angulaires associées aux coordonnées θ et φ. Une somme de ces fonctions ne correspond pas à cette séparation en facteurs.

Explication

La densité radiale est le carré du module de la fonction radiale multiplié par le facteur géométrique $r^2$. Le facteur $r$ seul, par exemple, ne donne pas la formule de cette densité.

Explication

L’état d’un électron est caractérisé par quatre nombres quantiques : $n$, $\ell$, $m$ et $m_s$. La charge nucléaire peut intervenir dans l’énergie, mais elle ne remplace pas l’un de ces nombres quantiques.

Explication

Le spin β correspond à $m_s=-\frac{1}{2}$, tandis que le spin α correspond à $m_s=+\frac{1}{2}$. Ces deux valeurs sont les seules possibles pour le nombre quantique de spin.

Explication

L’énergie hydrogénoïde est négative et proportionnelle à $Z^2$, tout en étant inversement proportionnelle à $n^2$. Une dépendance en $Z/n$ ne rend pas correctement compte de ces carrés.

Explication

Dans un système hydrogénoïde, toutes les orbitales d’une même couche $n$ ont la même énergie : elles sont dégénérées. Elles peuvent toutefois différer par leurs autres nombres quantiques et leur forme.

Explication

Dans un système polyélectronique, les répulsions entre électrons lèvent la dégénérescence entre orbitales de sous-couches différentes. La charge nucléaire n’égalise donc pas nécessairement leurs énergies.

Explication

La configuration électronique indique comment les électrons d’un élément sont répartis dans les orbitales. L’ordre énergétique des sous-couches est une règle utile pour établir cette répartition, mais n’en constitue pas la définition.

Explication

Pour $3d$, $n+\ell=5$, tandis que pour $4s$, $n+\ell=4$ ; l’orbitale $4s$ est donc moins énergétique et se remplit d’abord. Comparer seulement les valeurs de $n$ ne suffit pas lorsque les sous-couches diffèrent.

Explication

Les règles de Hund favorisent l’occupation d’un maximum d’orbitales de la même sous-couche et un spin total maximal. L’appariement précoce dans une même orbitale ne respecte pas cette répartition.

Explication

Les électrons de cœur sont dans les couches internes et ne contribuent pas à la réactivité chimique, contrairement aux électrons de valence associés aux couches externes. Confondre cœur et valence en les définissant par l’appariement ne rend pas compte de leur position ni de leur rôle chimique.

Explication

Le cuivre adopte la configuration $4s^1\,3d^{10}$, qui bénéficie d’une sous-couche d complètement remplie et énergétiquement favorable. Le demi-remplissage est l’argument associé à l’exception du chrome, et non à celle du cuivre.

Explication

La configuration fondamentale du chrome est $4s^1\,3d^5$, favorisée par le demi-remplissage de la sous-couche d. Le remplissage complet de d explique plutôt la configuration exceptionnelle du cuivre.

Explication

La formation d’un cation consiste à retirer d’abord les électrons de la sous-couche la plus externe, définie par le plus grand n. Retirer en priorité des électrons d alors qu’une sous-couche de plus grand n existe ne suit pas cette règle.

Explication

Fe²⁺ se forme par perte des deux électrons 4s, puis Fe³⁺ perd un électron 3d supplémentaire, donnant $4s^0\,3d^5$. L’erreur plausible consiste à retirer un électron 4s supplémentaire pour Fe³⁺, alors que les deux électrons 4s ont déjà été perdus.

Explication

Un anion se forme par ajout d’électrons à l’atome neutre, en respectant les mêmes règles de remplissage. Les retirer de la sous-couche externe correspond plutôt à la formation d’un cation.