QCM : Organisation et propriétés de la matière (31 questions)

Explication

Un atome est le plus petit fragment de matière que l’on puisse obtenir sans modifier ses propriétés chimiques. Un ion s’en distingue parce qu’il a perdu ou gagné des électrons et n’est plus électriquement neutre.

Explication

Le noyau contient les nucléons, c’est-à-dire les protons et les neutrons. Les électrons ne se trouvent pas dans le noyau, mais dans le nuage électronique.

Explication

Le nombre de masse est la somme des protons et des neutrons, donc $A=Z+N=11+12=23$. Le nombre 11 correspond au numéro atomique et le nombre 12 au nombre de neutrons.

Explication

Dans un atome neutre, les charges positives des protons compensent les charges négatives des électrons, ce qui impose un nombre égal de ces deux particules. Le nombre de neutrons peut être différent du nombre de protons.

Explication

Un nucléide est défini par la composition de son noyau, notamment par ses nombres de protons $Z$ et de neutrons $N$. Le nombre d’électrons concerne l’état ionique de l’atome et ne suffit pas à caractériser un nucléide.

Explication

Un ion se forme lorsqu’un atome perd ou gagne un ou plusieurs électrons, ce qui lui confère une charge nette. Une modification du nombre de neutrons produit un autre isotope, tandis qu’une modification du nombre de protons change d’élément.

Explication

Les isotopes d’un même élément possèdent le même numéro atomique $Z$, donc le même nombre de protons, mais des nombres de neutrons $N$ différents. Cette différence entraîne aussi des nombres de masse $A$ différents.

Explication

La masse d’un atome est essentiellement concentrée dans ses nucléons, tandis que la masse des électrons est très faible en comparaison. Le nombre de masse $A$ compte les nucléons et permet donc l’approximation $m(X)=A\,m_p$.

Explication

L’unité de masse atomique $u$ est définie comme un douzième de la masse de l’atome de carbone 12 et vaut environ $1{,}6605\times10^{-27}\,\mathrm{kg}$. Elle constitue une unité de masse, contrairement à la masse atomique relative qui est sans dimension.

Explication

En 1911, Rutherford décrit l’atome comme un système comprenant un noyau positif central autour duquel se déplacent les électrons. Le modèle ondulatoire fondé sur les orbitales appartient à Schrödinger et non à Rutherford.

Explication

Le modèle de Schrödinger repose sur la notion d’orbitale et décrit une région de présence probable de l’électron. Les trajectoires déterminées correspondent plutôt à une représentation planétaire ou à l’ancienne interprétation de Bohr.

Explication

L’énergie d’un quantum de rayonnement est proportionnelle à sa fréquence selon la relation $E=h\nu$, où $h$ est la constante de Planck. Une division par la fréquence ne correspond pas à la relation indiquée.

Explication

L’état fondamental correspond à la configuration d’énergie minimale, dans laquelle chaque électron se trouve à son plus bas niveau accessible. Un électron ayant absorbé de l’énergie peut au contraire se trouver dans un état excité.

Explication

Une transition électronique est le passage discontinu d’un électron d’un niveau d’énergie à un autre, avec absorption ou émission d’énergie. Elle ne représente donc pas un déplacement continu entre deux niveaux.

Explication

Le nombre quantique $n$ décrit la couche électronique, tandis que $l$ décrit la sous-couche. Le nombre $m$ caractérise la case quantique et $s$ le spin.

Explication

Les nombres quantiques obéissent aux contraintes $n\geq1$, $0\leq l\leq n-1$, $-l\leq m\leq l$, tandis que le spin vaut $+\frac{1}{2}$ ou $-\frac{1}{2}$. Les autres propositions modifient les bornes autorisées ou attribuent au spin des valeurs incorrectes.

Explication

Le principe d’exclusion de Pauli interdit qu’un même ensemble de quatre nombres quantiques caractérise deux électrons d’un atome. La règle de Hund décrit plutôt la répartition des électrons dans une même sous-couche.

Explication

La capacité maximale d’une couche entière est donnée par $2n^2$, donc $2\times3^2=18$ électrons. La valeur 6 correspond à la capacité d’une sous-couche p, et non à celle de toute la couche.

Explication

La règle de Hund impose de répartir d’abord les électrons dans des cases distinctes d’une même sous-couche avant de former des doublets. Le remplissage selon $n+l$ relève de la règle de Klechkowski.

Explication

La règle de Klechkowski compare d’abord les sous-couches grâce à $n+l$, puis utilise la valeur croissante de $n$ lorsque les sommes sont égales. La règle de Hund intervient dans la répartition au sein d’une même sous-couche.

Explication

La classification actuelle range les éléments selon leur numéro atomique $Z$ croissant et comprend 118 éléments connus. La masse atomique n’est pas le critère d’organisation actuel.

Explication

En 1869, Mendeleïev publie une classification qui laisse une place aux éléments inconnus et permet d’en prévoir les propriétés. L’organisation actuelle par numéro atomique constitue une évolution ultérieure.

Explication

Les colonnes 1, 2, 17 et 18 correspondent respectivement aux métaux alcalins, aux métaux alcalino-terreux, aux halogènes et aux gaz rares. Les métaux de transition occupent les colonnes 3 à 12.

Explication

Les métaux tendent à perdre des électrons, ce qui les transforme en ions positifs, tandis que les non-métaux tendent à en gagner et deviennent négatifs. L’attribution de la perte d’électrons aux non-métaux inverse cette tendance générale.

Explication

La perte d’électrons laisse un excès de charges positives dans l’atome, qui devient un cation. Un anion se forme au contraire lorsqu’un atome gagne des électrons.

Explication

Un anion est un ion négatif obtenu lorsqu’un atome gagne un ou plusieurs électrons. La perte d’électrons produit un cation, car elle augmente la charge positive nette.

Explication

L’énergie de première ionisation correspond à l’énergie nécessaire pour arracher un électron à un atome. L’énergie associée au gain d’un électron relève de l’affinité électronique, notion distincte.

Explication

L’électronégativité décrit la tendance d’un atome à retenir ses électrons ou à en capter d’autres, sur une échelle sans unité allant de 0,7 à 4. Elle ne correspond pas à une énergie exprimée en joules.

Explication

Une orbitale atomique décrit une région de l’espace où la probabilité de trouver un électron est élevée. Elle ne correspond donc pas à une trajectoire précise, comme le supposait l’ancien modèle planétaire.

Explication

L’orbitale s présente une symétrie sphérique, alors que chacune des trois orbitales p possède deux lobes orientés selon l’un des axes x, y ou z. La confusion entre ces formes inverse leurs caractéristiques géométriques.

Explication

Le modèle ondulatoire décrit une probabilité de présence élevée autour d’une distance voisine de 0,053 nm, sans imposer une distance constante. L’idée d’une orbite à rayon fixe appartient au modèle de Bohr.