QCM : Origine et transformations des éléments (12 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Dans quelles conditions la formation de l’Univers a-t-elle commencé il y a 13,8 milliards d’années ?

Dans un espace froid, de l’ordre de 103 K10^3\,\mathrm{K}, contenant surtout des noyaux d’hélium et de carbone
Dans un espace extrêmement chaud, de l’ordre de 108 K10^8\,\mathrm{K}, contenant des protons, des neutrons et des électrons
Dans un espace extrêmement chaud, composé principalement d’atomes neutres et de molécules simples
Dans un espace à température modérée, où les étoiles produisaient déjà les éléments chimiques

Dans un espace extrêmement chaud, de l’ordre de $$10^8\,\mathrm{K}$$, contenant des protons, des neutrons et des électrons

Explication

Au début de l’Univers, la température était de l’ordre de 108 K10^8\,\mathrm{K} et la matière comprenait des protons, des neutrons et des électrons. La présence d’atomes neutres et de molécules ne correspond pas à cette composition initiale.

2. Une étoile en fin de vie explose : quel est le rôle de cet événement dans la formation des éléments de numéro atomique Z≥27Z\geq 27 ?

Il permet leur formation par fusion dans l’Univers primordial, sans apport d’énergie
Il permet leur formation par fusion au cœur de l’étoile, en libérant de l’énergie
Il fournit l’énergie nécessaire à leur formation en fin de vie de l’étoile
Il détruit ces éléments et produit à leur place des noyaux plus légers

Il fournit l’énergie nécessaire à leur formation en fin de vie de l’étoile

Explication

La formation des éléments de numéro atomique Z≥27Z\geq 27 nécessite de l’énergie et se produit lors de l’explosion des étoiles en fin de vie. La fusion qui libère de l’énergie au cœur des étoiles est associée aux éléments jusqu’à Z=26Z=26.

3. Combien d’éléments chimiques la classification périodique répertorie-t-elle comme constituants de l’Univers ?

92 éléments chimiques
126 éléments chimiques
118 éléments chimiques
108 éléments chimiques

118 éléments chimiques

Explication

La classification périodique répertorie 118 éléments chimiques constituant l’Univers. Le nombre 92 ne correspond pas au total indiqué, même s’il est associé à un ensemble connu d’éléments naturels.

4. Un noyau lourd est frappé par un flux de neutrons et se divise en deux noyaux plus légers : de quelle réaction s’agit-il ?

D’une fission nucléaire qui absorbe de l’énergie
D’une réaction chimique qui libère de l’énergie
D’une fusion nucléaire qui libère de l’énergie
D’une fission nucléaire qui libère de l’énergie

D’une fission nucléaire qui libère de l’énergie

Explication

La fission nucléaire divise un noyau lourd en deux noyaux plus légers sous l’action d’un flux de neutrons ou de protons, en libérant de l’énergie. La fusion, à l’inverse, assemble deux noyaux légers pour former un noyau plus lourd.

5. Dans une installation où la température dépasse 10 millions de degrés, que produit une fusion thermonucléaire entre deux noyaux légers ?

Un noyau plus lourd, avec absorption d’énergie sous forme de rayonnement gamma
Deux noyaux plus légers, avec libération d’énergie sous forme de rayonnement gamma
Un noyau plus lourd, avec libération d’énergie sous forme de rayonnement gamma
Deux noyaux plus lourds, avec libération d’énergie sous forme de rayonnement gamma

Un noyau plus lourd, avec libération d’énergie sous forme de rayonnement gamma

Explication

La fusion thermonucléaire assemble deux noyaux légers en un noyau plus lourd et libère de l’énergie sous forme de rayonnement gamma, à une température supérieure à 10 millions de degrés. La division d’un noyau en fragments plus légers caractérise plutôt la fission.

6. Quel usage du carbone 14 convient à l’étude d’un ossement ancien estimé à 12 000 ans ?

Il peut dater l’ossement seulement s’il provient d’un tombeau plutôt que d’un autre contexte.
Il peut servir à dater l’ossement, car son âge est inférieur à 50 000 ans.
Il peut servir à dater l’ossement, car il est réservé aux objets vieux de plus de 50 000 ans.
Il peut identifier la composition de l’ossement, mais ne permet pas d’en estimer l’âge.

Il peut servir à dater l’ossement, car son âge est inférieur à 50 000 ans.

Explication

Le carbone 14 est utilisé pour dater des objets âgés de moins de 50 000 ans, notamment des ossements. Le seuil de plus de 50 000 ans inverse la limite indiquée pour cette méthode.

7. Quelle répartition décrit l’abondance des éléments dans l’Univers ?

75 % d’hydrogène, 1 % d’hélium et 24 % d’autres éléments
75 % d’hélium, 24 % d’hydrogène et 1 % d’autres éléments
75 % d’hydrogène, 24 % d’hélium et 1 % d’autres éléments
24 % d’hydrogène, 75 % d’hélium et 1 % d’autres éléments

75 % d’hydrogène, 24 % d’hélium et 1 % d’autres éléments

Explication

L’Univers est composé de 75 % d’hydrogène, de 24 % d’hélium et de 1 % d’autres éléments. Inverser les proportions d’hydrogène et d’hélium ne respecte pas cette répartition.

8. Quels noyaux la nucléosynthèse primordiale a-t-elle formés quelques secondes après le Big Bang ?

Des noyaux de carbone, d’oxygène, de silicium, de fer, de nickel et de cobalt
Des noyaux de deutérium, de fer, d’uranium, de plomb, d’or et de platine
Des noyaux d’hydrogène, de deutérium, de tritium, d’hélium, de lithium et de béryllium
Des noyaux d’hydrogène, d’hélium, de carbone, de néon, de soufre et de fer

Des noyaux d’hydrogène, de deutérium, de tritium, d’hélium, de lithium et de béryllium

Explication

Quelques secondes après le Big Bang, la nucléosynthèse primordiale a produit ces noyaux par fusion nucléaire. Le carbone et le fer, notamment, ne figurent pas dans les noyaux cités comme produits de cette étape.

9. Que peut-il arriver spontanément à certains isotopes au cours d’une transformation nucléaire ?

Ils peuvent perdre leur état radioactif sans changer de noyau.
Ils peuvent échanger leur charge avec un atome voisin.
Ils peuvent fusionner avec un isotope identique.
Ils peuvent devenir un autre noyau.

Ils peuvent devenir un autre noyau.

Explication

Certains isotopes se transforment spontanément en un autre noyau lors de réactions nucléaires. La perte de radioactivité sans changement de noyau ne décrit pas cette transformation.

10. Quels sont les quatre types de transformations nucléaires spontanées ?

α\alpha, β+\beta^+, γ\gamma et la fission
α\alpha, β−\beta^-, la capture électronique et la fission
β+\beta^+, β−\beta^-, la fusion et γ\gamma
α\alpha, β+\beta^+, β−\beta^- et γ\gamma

$$\alpha$$, $$\beta^+$$, $$\beta^-$$ et $$\gamma$$

Explication

Les quatre types répertoriés sont les transformations α\alpha, β+\beta^+, β−\beta^- et γ\gamma. La fission est un autre processus nucléaire et ne remplace pas l’un de ces quatre types dans cette classification.

11. Quel mécanisme forme dans les étoiles les éléments dont le numéro atomique ne dépasse pas 26, et quel est son effet énergétique ?

La fission nucléaire lors de l’explosion des étoiles, qui absorbe de l’énergie
La fusion nucléaire au cœur des étoiles, qui libère de l’énergie
La fission nucléaire au cœur des étoiles, qui libère de l’énergie
La fusion nucléaire lors de l’explosion des étoiles, qui absorbe de l’énergie

La fusion nucléaire au cœur des étoiles, qui libère de l’énergie

Explication

Après la nucléosynthèse primordiale, les éléments jusqu’à Z≤26Z\leq 26 se forment par fusion au cœur des étoiles, et cette réaction libère de l’énergie. La formation par explosion concerne les éléments de numéro atomique supérieur ou égal à 27.

12. Qu’est-ce qui caractérise une réaction nucléaire au sens général ?

Elle réunit des atomes en molécules lorsque la température ambiante augmente
Elle transforme des atomes en ions lorsqu’ils sont exposés à une réaction chimique ordinaire
Elle change le nombre de protons d’un élément sous l’effet d’une variation de pression
Elle transforme certains isotopes d’un élément lorsqu’ils sont placés dans un environnement physique donné

Elle transforme certains isotopes d’un élément lorsqu’ils sont placés dans un environnement physique donné

Explication

Une réaction nucléaire transforme certains isotopes d’un élément dans un environnement physique, par exemple sous l’effet d’une température ou d’un flux de neutrons. La formation d’ions ou de molécules relève de transformations qui ne décrivent pas ce mécanisme nucléaire.

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Depuis combien de temps l’Univers est-il en formation ?

Depuis 13,8 milliards d’années.

Quelle température caractérisait l’espace au début de l’Univers ?

Environ 108 K10^8\,\mathrm{K}.

Quels constituants composaient l’espace au début de l’Univers ?

Des protons, des neutrons et des électrons.

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