QCM : Radioactivité et datation au carbone 14 (10 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Deux noyaux ont respectivement 17 protons et 18 neutrons, puis 17 protons et 20 neutrons. Quelle relation existe entre ces noyaux ?

Ce sont des isotopes du même élément
Ce sont des éléments différents ayant le même nombre de neutrons
Ce sont des éléments différents ayant le même nombre de masse
Ce sont le même isotope avec des nombres de protons différents

Ce sont des isotopes du même élément

Explication

Des noyaux sont isotopes lorsqu’ils ont le même nombre de protons et des nombres de neutrons différents. Des protons différents définissent des éléments différents, tandis qu’un même nombre de masse ne suffit pas à caractériser des isotopes.

2. Lors d’une transformation nucléaire, le noyau initial et les produits ont des éléments chimiques différents. Quelle règle doit néanmoins respecter l’équation nucléaire ?

Conserver le nombre de masse A et le nombre de charge Z
Conserver le nombre de neutrons et l’élément chimique
Conserver l’élément chimique et le nombre de masse A
Conserver le nombre de masse A, mais pas le nombre de charge Z

Conserver le nombre de masse A et le nombre de charge Z

Explication

Les lois de conservation de Soddy imposent la conservation du nombre de masse A et du nombre de charge Z, même si les éléments chimiques peuvent changer. La conservation de l’élément, des neutrons seuls ou de A seul ne respecte pas cette règle.

3. Un noyau instable se transforme de lui-même et ne revient pas à son état initial. Quelle description caractérise cette transformation radioactive ?

Une désintégration spontanée et irréversible avec émission de rayonnements
Une transformation chimique réversible sans émission de rayonnements
Une transformation spontanée et irréversible sans émission de rayonnements
Une désintégration provoquée et réversible avec émission de rayonnements

Une désintégration spontanée et irréversible avec émission de rayonnements

Explication

La désintégration radioactive est spontanée et irréversible, et elle s’accompagne de l’émission de rayonnements. Une transformation chimique ou une désintégration dépourvue de rayonnements ne correspond pas à cette définition.

4. Un détecteur enregistre un rayonnement alpha lors de la désintégration d’un noyau. Quelle particule correspond à ce rayonnement ?

Un électron β−\beta^-
Un noyau d’hydrogène 11H^{1}_{1}\mathrm{H}
Un noyau d’hélium 24He^{4}_{2}\mathrm{He}
Un rayonnement électromagnétique γ\gamma

Un noyau d’hélium $$^{4}_{2}\mathrm{He}$$

Explication

Une particule alpha est un noyau d’hélium 24He^{4}_{2}\mathrm{He}. Un électron correspond à β−\beta^-, tandis que γ\gamma désigne un rayonnement et que 11H^{1}_{1}\mathrm{H} est un noyau d’hydrogène.

5. Que désigne la demi-vie d’un noyau radioactif ?

La durée pendant laquelle le nombre de noyaux radioactifs reste inchangé
La durée nécessaire pour que tous les noyaux initialement présents se soient désintégrés
La durée au bout de laquelle la moitié des noyaux initialement présents s’est désintégrée
La durée au bout de laquelle le nombre de noyaux désintégrés a doublé

La durée au bout de laquelle la moitié des noyaux initialement présents s’est désintégrée

Explication

La demi-vie correspond au temps nécessaire pour que la moitié des noyaux radioactifs présents au départ se désintègrent. La désintégration complète n’est pas la définition de la demi-vie.

6. Après quatre demi-vies, combien de noyaux de carbone 14 reste-t-il environ dans un échantillon qui en contenait initialement 5×10105 \times 10^{10} ?

Environ 2×10102 \times 10^{10} noyaux
Environ 6×1096 \times 10^9 noyaux
Environ 3×1093 \times 10^9 noyaux
Environ 1,25×10101{,}25 \times 10^{10} noyaux

Environ $$3 \times 10^9$$ noyaux

Explication

Après quatre demi-vies, la quantité restante est d’environ 3×1093 \times 10^9 noyaux pour cet échantillon initial. La valeur de 1,25×10101{,}25 \times 10^{10} correspondrait à deux demi-vies, et non à quatre.

7. Quel rôle joue l’azote 14 dans la formation du carbone 14 atmosphérique ?

Il se combine avec l’oxygène pour former le dioxyde de carbone atmosphérique.
Il absorbe le dioxyde de carbone et le transporte vers la végétation.
Il produit les rayons cosmiques qui déclenchent les collisions atmosphériques.
Il réagit avec des neutrons produits après des collisions dues aux rayons cosmiques.

Il réagit avec des neutrons produits après des collisions dues aux rayons cosmiques.

Explication

L’azote 14 est la cible des neutrons produits dans l’atmosphère et leur collision forme du carbone 14. Le dioxyde de carbone se forme plus tard, lorsque le carbone 14 se combine avec l’oxygène.

8. Quelle différence distingue la datation radioactive de la détermination directe de la date de mesure ?

La datation radioactive indique le moment de l’analyse, tandis que la date de mesure estime le temps écoulé depuis la mort de l’organisme.
La datation radioactive calcule la durée de vie totale de l’organisme, tandis que la date de mesure désigne le début de sa décomposition.
La datation radioactive estime le temps écoulé depuis la mort de l’organisme, tandis que la date de mesure correspond au moment où l’on analyse l’objet.
La datation radioactive mesure l’âge de la formation de l’objet, tandis que la date de mesure indique le moment où l’organisme est mort.

La datation radioactive estime le temps écoulé depuis la mort de l’organisme, tandis que la date de mesure correspond au moment où l’on analyse l’objet.

Explication

La datation permet d’estimer le temps écoulé depuis la mort de l’organisme; on soustrait ensuite cette durée à la date de mesure pour retrouver la date de cette mort. La date de mesure correspond au moment de l’analyse et ne fournit pas, à elle seule, l’âge de l’objet.

9. Lors de la désintégration alpha du radium 226 en radon 222 et hélium 4, quelle conséquence observe-t-on pour l’élément chimique formé ?

Il change, car le nombre de neutrons du noyau diminue de deux.
Il reste identique, car le nombre de masse du noyau diminue de quatre.
Il reste identique, car la charge totale des produits demeure inchangée.
Il change, car le nombre de protons du noyau diminue de deux.

Il change, car le nombre de protons du noyau diminue de deux.

Explication

L’émission d’un noyau d’hélium retire deux protons au noyau de radium, qui devient donc du radon, un élément différent. La conservation du nombre de masse ne maintient pas l’identité de l’élément, laquelle dépend du nombre de protons.

10. Pour équilibrer une équation de désintégration alpha, quelle particule faut-il inscrire parmi les produits lorsqu’un noyau émet un rayonnement α ?

Un noyau d’hélium 24He^{4}_{2}\mathrm{He}
Un électron issu du noyau
Un photon de haute énergie
Un neutron libre

Un noyau d’hélium $$^{4}_{2}\mathrm{He}$$

Explication

Une particule alpha est un noyau d’hélium composé de deux protons et de deux neutrons, noté 24He^{4}_{2}\mathrm{He}. Un photon peut être associé à un rayonnement gamma, mais il ne constitue pas la particule alpha.

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Comment se déroule la désintégration spontanée d’un noyau radioactif ?

Elle est irréversible et émet des rayonnements.

Quel nombre caractérise un élément chimique ?

Son nombre de protons, noté Z.

Quel est le bilan nucléaire de la désintégration du radium 226 ?

88226Ra→86222Rn+24He^{226}_{88}\mathrm{Ra} \rightarrow {}^{222}_{86}\mathrm{Rn} + {}^{4}_{2}\mathrm{He}

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