QCM : Structure atomique et radioactivité (35 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quelle structure décrit un atome neutre ?

Un noyau positif entouré d’un nuage électronique négatif
Un noyau négatif entouré d’un nuage électronique positif
Un noyau positif entouré d’un nuage de neutrons négatifs
Un noyau neutre entouré de protons et de neutrons libres

Un noyau positif entouré d’un nuage électronique négatif

Explication

Dans un atome neutre, le noyau porte une charge positive et le nuage électronique une charge négative. Un nuage positif inverserait le signe de la charge portée par les électrons.

2. Comment le volume de l’atome se compare-t-il à celui de son noyau ?

Il est environ 101210^{12} fois plus petit.
Il est environ 10510^5 fois plus grand.
Il est environ 101210^{12} fois plus grand.
Il est environ 10510^5 fois plus petit.

Il est environ $$10^{12}$$ fois plus grand.

Explication

Le volume de l’atome est approximativement 101210^{12} fois celui du noyau, qui est extrêmement petit en comparaison. Le facteur 10510^5 concerne l’ordre de grandeur du rapport entre les diamètres, et non celui des volumes.

3. Pourquoi la masse d’un atome est-elle principalement concentrée dans son noyau ?

Le nuage électronique est plus dense que le noyau et porte presque toute la masse.
Les protons et les neutrons sont beaucoup plus nombreux que les électrons dans un atome neutre.
Les électrons ont chacun une masse d’environ 1 u1\,\mathrm{u}, supérieure à celle des nucléons.
Les protons et les neutrons ont chacun une masse d’environ 1 u1\,\mathrm{u}, bien supérieure à celle d’un électron.

Les protons et les neutrons ont chacun une masse d’environ $$1\,\mathrm{u}$$, bien supérieure à celle d’un électron.

Explication

Les protons et les neutrons ont une masse d’environ 1 u1\,\mathrm{u} chacun, tandis qu’un électron a une masse d’environ 5,5×10−4 u5{,}5 \times 10^{-4}\,\mathrm{u}. Dans un atome neutre, le nombre d’électrons égale celui des protons, mais leur masse bien plus faible explique pourquoi ils ne concentrent pas la masse.

4. Un noyau contient 17 protons et 18 neutrons : quelle est sa valeur du nombre de masse AA ?

11, car AA correspond à un nucléon du noyau.
3535, car AA compte la somme des protons et des neutrons.
1818, car AA compte le nombre de neutrons du noyau.
1717, car AA compte le nombre de protons du noyau.

$$35$$, car $$A$$ compte la somme des protons et des neutrons.

Explication

Le nombre de masse est le nombre total de nucléons, soit la somme des protons et des neutrons : 17+18=3517+18=35. La valeur 1717 correspond au numéro atomique ZZ, qui compte les protons.

5. Un atome neutre possède 12 protons : quelles valeurs prend son numéro atomique ZZ et son nombre d’électrons ?

Z=6Z=6 et 6 électrons
Z=12Z=12 et 12 électrons
Z=24Z=24 et 12 électrons
Z=12Z=12 et 24 électrons

$$Z=12$$ et 12 électrons

Explication

Le numéro atomique ZZ est égal au nombre de protons, et un atome neutre possède autant d’électrons que de protons. Le nombre de masse peut inclure les neutrons, mais il ne détermine pas ici la valeur de ZZ.

6. Un nucléide a un nombre de masse A=40A=40 et un numéro atomique Z=18Z=18 : combien contient-il de neutrons ?

22 neutrons, car leur nombre vaut A−ZA-Z.
18 neutrons, car leur nombre vaut ZZ.
58 neutrons, car leur nombre vaut A+ZA+Z.
40 neutrons, car leur nombre vaut AA.

22 neutrons, car leur nombre vaut $$A-Z$$.

Explication

Le nombre de neutrons se calcule en retranchant le nombre de protons du nombre total de nucléons : 40−18=2240-18=22. Le numéro atomique indique les protons, pas les neutrons.

7. Deux nucléides sont des isotopes du même élément si quelle propriété est vérifiée ?

Ils ont le même numéro atomique ZZ, mais des nombres de masse AA différents.
Ils ont des numéros atomiques ZZ différents et des nombres de masse AA différents.
Ils ont le même nombre de neutrons, mais des numéros atomiques ZZ différents.
Ils ont le même nombre de masse AA, mais des numéros atomiques ZZ différents.

Ils ont le même numéro atomique $$Z$$, mais des nombres de masse $$A$$ différents.

Explication

Des isotopes appartiennent au même élément parce qu’ils ont le même numéro atomique, mais leurs nombres de masse diffèrent. Des numéros atomiques différents désignent des éléments différents, même si d’autres nombres sont identiques.

8. Quel groupe réunit les onze éléments indiqués comme représentant 99,9 % du corps humain ?

H, O, C, N, Ca, P, S, K, Na, Si et Mg
H, O, C, N, Ca, P, S, K, Na, Cl et Mg
H, O, C, N, Ca, P, S, K, Al, Cl et Mg
H, O, C, N, Fe, P, S, K, Na, Cl et Mg

H, O, C, N, Ca, P, S, K, Na, Cl et Mg

Explication

Les onze éléments cités sont l’hydrogène, l’oxygène, le carbone, l’azote, le calcium, le phosphore, le soufre, le potassium, le sodium, le chlore et le magnésium. Le fer est notamment associé à la composition de l’Univers dans une autre répartition, pas à cette liste des éléments du corps humain.

9. Dans le globe terrestre, quelle comparaison entre l’oxygène et le silicium est exacte pour leurs proportions en masse et en nombre d’atomes ?

L’oxygène représente 53,3 % de la masse et 49,5 % des atomes; le silicium, 15,9 % de la masse et 25,7 % des atomes.
L’oxygène représente 49,5 % de la masse et 53,3 % des atomes; le silicium, 25,7 % de la masse et 15,9 % des atomes.
L’oxygène représente 49,5 % de la masse et 15,9 % des atomes; le silicium, 25,7 % de la masse et 53,3 % des atomes.
L’oxygène représente 25,7 % de la masse et 15,9 % des atomes; le silicium, 49,5 % de la masse et 53,3 % des atomes.

L’oxygène représente 49,5 % de la masse et 53,3 % des atomes; le silicium, 25,7 % de la masse et 15,9 % des atomes.

Explication

Les proportions en masse et en nombre d’atomes sont distinctes : l’oxygène vaut 49,5 % de la masse et 53,3 % des atomes, tandis que le silicium vaut respectivement 25,7 % et 15,9 %. L’option qui attribue les valeurs de masse aux proportions atomiques confond précisément ces deux mesures.

10. Une lumière monochromatique a une longueur d’onde qui diminue dans le vide. Comment sa fréquence évolue-t-elle ?

Elle diminue, car la fréquence est proportionnelle à la longueur d’onde.
Elle devient nulle, car une longueur d’onde plus courte supprime l’onde.
Elle augmente, car la fréquence est inversement proportionnelle à la longueur d’onde.
Elle reste constante, car la vitesse de la lumière ne varie pas dans le vide.

Elle augmente, car la fréquence est inversement proportionnelle à la longueur d’onde.

Explication

La relation ν=cλ\nu=\frac{c}{\lambda} indique qu’à vitesse de la lumière constante, une longueur d’onde plus courte correspond à une fréquence plus élevée. Une fréquence proportionnelle à la longueur d’onde inverserait cette relation.

11. Quelle proposition décrit l’idée introduite par Planck vers 1900 pour rendre compte de l’énergie de la lumière ?

L’énergie de l’oscillateur varie continûment, et la lumière se propage sans photons.
L’énergie de l’oscillateur ne prend que des valeurs discrètes, et les photons ont une énergie hνh\nu.
L’énergie de l’oscillateur varie continûment, et les photons ont une énergie hλh\lambda.
L’énergie de l’oscillateur ne prend que des valeurs discrètes, et les photons ont une énergie h/νh/\nu.

L’énergie de l’oscillateur ne prend que des valeurs discrètes, et les photons ont une énergie $$h\nu$$.

Explication

Planck a proposé que l’énergie d’un oscillateur électromagnétique soit quantifiée, ce qui conduit à décrire la lumière comme un flux de photons d’énergie hνh\nu. Une énergie inversement proportionnelle à la fréquence ne correspond pas à cette description.

12. Dans l’effet photoélectrique, que peut provoquer un photon suffisamment énergétique lorsqu’il atteint un métal ?

Il peut augmenter la masse de chaque électron du métal.
Il peut faire passer un électron dans une autre couche du métal sans l’éjecter.
Il peut transformer un électron en proton dans le métal.
Il peut arracher un électron au métal.

Il peut arracher un électron au métal.

Explication

L’effet photoélectrique montre qu’un photon assez énergétique peut fournir ce qu’il faut pour arracher un électron à un métal. Une transition vers une autre couche sans éjection ne décrit pas le phénomène mis en évidence.

13. Quelle relation de de Broglie associe une longueur d’onde à une particule en mouvement de quantité de mouvement pp ?

p=λhp=\frac{\lambda}{h}, ce qui associe une onde aux particules en mouvement.
p=hλp=h\lambda, ce qui associe une onde aux particules en mouvement.
p=hλp=\frac{h}{\lambda}, mais cette description ondulatoire concerne la lumière seule.
p=hλp=\frac{h}{\lambda}, ce qui associe une onde aux particules en mouvement.

$$p=\frac{h}{\lambda}$$, ce qui associe une onde aux particules en mouvement.

Explication

De Broglie a proposé qu’à toute particule en mouvement soit associée une onde vérifiant p=hλp=\frac{h}{\lambda}. Restreindre cette description à la lumière seule écarte précisément l’extension proposée aux particules.

14. Pour une fonction d’onde électronique ψ\psi, quelle grandeur représente la probabilité de présence de l’électron ?

La dérivée de ψ\psi représente la probabilité de présence, alors que ψ2\psi^2 mesure l’énergie.
Son carré ψ2\psi^2 représente la probabilité de présence, alors que ψ\psi caractérise l’état.
La fonction ψ\psi représente directement la probabilité, alors que ψ2\psi^2 caractérise l’état.
La valeur inverse de ψ\psi représente la probabilité de présence, alors que ψ2\psi^2 décrit le spin.

Son carré $$\psi^2$$ représente la probabilité de présence, alors que $$\psi$$ caractérise l’état.

Explication

La fonction d’onde est une solution de l’équation de Schrödinger qui caractérise l’électron dans l’espace, et son carré représente sa probabilité de présence. Attribuer directement cette interprétation probabiliste à ψ\psi confond la fonction d’onde avec son carré.

15. Qu’est-ce qu’une orbitale atomique ?

Une valeur d’énergie qui décrit la vitesse de déplacement de l’électron.
Une couche qui contient un nombre fixe de protons et de neutrons.
Une fonction d’onde stationnaire qui caractérise un électron dans l’espace.
Une trajectoire classique parcourue par un électron autour du noyau.

Une fonction d’onde stationnaire qui caractérise un électron dans l’espace.

Explication

Une orbitale atomique est définie comme une fonction d’onde stationnaire caractérisant un électron dans l’espace. La concevoir comme une trajectoire classique ne correspond pas à cette définition ondulatoire.

16. Quel nombre quantique caractérise l’orientation de l’orbitale d’un électron ?

Le nombre ss caractérise l’orientation de l’orbitale.
Le nombre mm caractérise l’orientation de l’orbitale.
Le nombre ll caractérise l’orientation de l’orbitale.
Le nombre nn caractérise l’orientation de l’orbitale.

Le nombre $$m$$ caractérise l’orientation de l’orbitale.

Explication

Parmi les quatre nombres quantiques, mm décrit l’orientation de l’orbitale, tandis que nn décrit la couche, ll la sous-couche et la forme, et ss le spin. Attribuer l’orientation à ll confond celle-ci avec la forme de l’orbitale.

17. Pour l=2l=2, quelles valeurs le nombre quantique magnétique mm peut-il prendre ?

0,1,20,1,2, soit trois valeurs possibles.
−2,−1,0,1,2,3-2,-1,0,1,2,3, soit six valeurs possibles.
−2,−1,0,1,2-2,-1,0,1,2, soit cinq valeurs possibles.
−1,0,1-1,0,1, soit trois valeurs possibles.

$$-2,-1,0,1,2$$, soit cinq valeurs possibles.

Explication

La règle −l≤m≤l-l\leq m\leq l donne, pour l=2l=2, les cinq valeurs entières de −2-2 à 22. La plage de −1-1 à 11 correspondrait à l=1l=1.

18. Dans une sous-couche comportant plusieurs orbitales dégénérées, comment la règle de Hund prévoit-elle le placement initial des électrons ?

Ils s’apparient d’abord dans une orbitale avant d’occuper les orbitales voisines.
Ils occupent d’abord le maximum d’orbitales avec des spins parallèles avant de s’apparier.
Ils occupent des orbitales différentes avec des spins opposés avant tout appariement.
Ils se répartissent selon des énergies différentes au sein de la sous-couche.

Ils occupent d’abord le maximum d’orbitales avec des spins parallèles avant de s’apparier.

Explication

La règle de Hund favorise l’occupation du maximum d’orbitales dégénérées par des électrons de spins parallèles avant l’appariement. L’appariement immédiat dans une orbitale confond cette règle avec le principe de Pauli, qui limite à deux les électrons d’une orbitale et leur impose des spins opposés.

19. Quel critère conduit à remplir les orbitales pour obtenir la configuration électronique fondamentale d’un atome ?

Remplir d’abord les orbitales les plus énergétiques afin de stabiliser l’atome.
Répartir les électrons au hasard entre orbitales pour obtenir l’état fondamental.
Remplir selon l’ordre des couches, sans tenir compte de l’énergie des orbitales.
Remplir les orbitales par énergie croissante afin d’atteindre l’état fondamental.

Remplir les orbitales par énergie croissante afin d’atteindre l’état fondamental.

Explication

Le principe de stabilité conduit à remplir les orbitales par énergie croissante pour obtenir la configuration de l’état fondamental. Commencer par les orbitales les plus énergétiques va à l’encontre de ce critère.

20. Quel critère la classification périodique moderne utilise-t-elle pour ordonner les éléments ?

Le numéro atomique croissant
La masse atomique croissante
Le nombre de neutrons croissant
Le nombre de couches électroniques croissant

Le numéro atomique croissant

Explication

La classification moderne ordonne les éléments selon leur numéro atomique croissant. La masse atomique était le critère employé par Mendeleïev en 1869.

21. Deux éléments appartiennent à la même période du tableau périodique : quelle propriété ont-ils en commun ?

La même charge nucléaire
La même réactivité chimique
Le même nombre quantique principal n
Le même nombre d’électrons de valence

Le même nombre quantique principal n

Explication

Les éléments d’une même période ont le même nombre quantique principal n. Le nombre d’électrons de valence caractérise plutôt les éléments d’une même colonne.

22. Pourquoi les électrons de valence jouent-ils un rôle central dans les propriétés chimiques d’un atome ?

Ils déterminent la masse atomique et le nombre de neutrons
Ils fixent le nombre de protons et stabilisent le noyau
Ils déterminent la réactivité et participent aux liaisons chimiques
Ils définissent la période et la charge du noyau

Ils déterminent la réactivité et participent aux liaisons chimiques

Explication

Les électrons de valence sont responsables de la réactivité chimique et prennent part aux liaisons. Les protons, et non les électrons de valence, déterminent la charge du noyau.

23. Lorsqu’ils tendent vers la configuration d’un gaz rare voisin, que font généralement les métaux à gauche et les non-métaux à droite du tableau périodique ?

Les deux catégories cèdent des électrons
Les métaux cèdent des électrons et les non-métaux en captent
Les deux catégories captent des électrons
Les métaux captent des électrons et les non-métaux en cèdent

Les métaux cèdent des électrons et les non-métaux en captent

Explication

Les métaux situés à gauche cèdent facilement des électrons, tandis que les non-métaux à droite en captent pour atteindre une configuration stable voisine. L’idée que les métaux captent et que les non-métaux cèdent inverse les comportements caractéristiques.

24. Comment définit-on le rayon covalent entre deux atomes liés dans une molécule ?

Comme la moitié de la distance entre voisins dans un métal
Comme la distance entre le noyau et l’électron le plus externe
Comme la moitié de la distance qui sépare ces deux atomes
Comme la distance minimale entre deux atomes non liés

Comme la moitié de la distance qui sépare ces deux atomes

Explication

Le rayon covalent correspond à la moitié de la distance entre deux atomes voisins liés dans une molécule. La distance minimale entre des atomes non liés sert plutôt à caractériser le rayon de Van der Waals.

25. Pour un même élément, quel ordre décrit généralement les rayons de ses ions et de son atome ?

r(A+)<r(A2+)<r(A−)<r(A)r(A^+) < r(A^{2+}) < r(A^-) < r(A)
r(A2+)<r(A+)<r(A)<r(A−)r(A^{2+}) < r(A^+) < r(A) < r(A^-)
r(A−)<r(A)<r(A+)<r(A2+)r(A^-) < r(A) < r(A^+) < r(A^{2+})
r(A)<r(A2+)<r(A+)<r(A−)r(A) < r(A^{2+}) < r(A^+) < r(A^-)

$$r(A^{2+}) < r(A^+) < r(A) < r(A^-)$$

Explication

Le rayon augmente généralement dans l’ordre indiqué, du cation A2+A^{2+} jusqu’à l’anion A−A^-. L’ordre inverse proposé placerait l’anion chargé négativement parmi les espèces les plus petites.

26. Que représente la première énergie d’ionisation I1I_1 d’un atome ?

L’énergie positive nécessaire pour arracher un électron à un atome gazeux
L’énergie libérée lorsqu’un atome gazeux capte un électron
L’énergie nécessaire pour séparer deux atomes liés dans une molécule
L’énergie nécessaire pour retirer un proton du noyau atomique

L’énergie positive nécessaire pour arracher un électron à un atome gazeux

Explication

I1I_1 est l’énergie positive à fournir pour arracher un électron à un atome gazeux. La capture d’un électron décrit un processus différent et ne définit pas cette énergie d’ionisation.

27. Quelle description correspond à l’électronégativité d’un élément ?

Une charge qui mesure le nombre d’électrons transférés lors d’une réaction
Une grandeur géométrique correspondant à la moitié de la distance entre deux atomes liés
Une grandeur qualitative sans unité décrivant son aptitude à attirer la densité électronique d’une liaison
Une énergie mesurée en unités d’énergie nécessaire pour arracher un électron à un atome gazeux

Une grandeur qualitative sans unité décrivant son aptitude à attirer la densité électronique d’une liaison

Explication

L’électronégativité est une grandeur qualitative sans unité liée à l’aptitude d’un élément à attirer la densité électronique d’une liaison. L’énergie nécessaire pour arracher un électron est l’énergie de première ionisation.

28. Quelle relation exprime l’équivalence entre masse et énergie proposée par Einstein ?

E=mc2E=mc^2
E=mcE=mc
E=m2cE=m^2c
E=mc2E=\frac{m}{c^2}

$$E=mc^2$$

Explication

La relation d’Einstein relie l’énergie à la masse par E=mc2E=mc^2. L’expression E=mcE=mc ne comporte pas le carré de la vitesse de la lumière et ne correspond donc pas à cette relation.

29. À quoi correspond l’énergie de liaison nucléaire ?

À l’interaction entre les nucléons du noyau, associée au défaut de masse par rapport aux constituants séparés
À l’interaction entre des atomes dans une liaison chimique, associée à leur partage d’électrons
À l’énergie nécessaire pour arracher un électron à un atome neutre gazeux
À l’énergie cinétique des fragments après la division d’un noyau lourd

À l’interaction entre les nucléons du noyau, associée au défaut de masse par rapport aux constituants séparés

Explication

L’énergie de liaison nucléaire est liée à l’interaction entre les nucléons et au défaut de masse du noyau par rapport à ses constituants séparés. L’énergie d’une liaison chimique concerne les atomes, et non les nucléons du noyau.

30. Si la masse diminue de Δm\Delta m lors d’une réaction nucléaire, quelle relation donne l’énergie libérée ?

ΔE=Δmc2\Delta E=\Delta m c^2
ΔE=Δmc2\Delta E=\frac{\Delta m}{c^2}
ΔE=Δm2c2\Delta E=\Delta m^2 c^2
ΔE=Δmc\Delta E=\Delta m c

$$\Delta E=\Delta m c^2$$

Explication

L’énergie libérée est reliée au défaut de masse par ΔE=Δmc2\Delta E=\Delta m c^2. Diviser par c2c^2 ne donne pas l’énergie associée au défaut de masse dans cette relation.

31. Quelle distinction décrit correctement la fusion et la fission nucléaires ?

La fusion assemble des atomes en molécules, tandis que la fission sépare leurs électrons
La fusion assemble des noyaux légers, tandis que la fission divise un noyau lourd en fragments
La fusion transforme des électrons en nucléons, tandis que la fission divise un noyau léger
La fusion divise un noyau lourd, tandis que la fission assemble des noyaux légers

La fusion assemble des noyaux légers, tandis que la fission divise un noyau lourd en fragments

Explication

La fusion réunit des noyaux légers, alors que la fission divise un noyau lourd en fragments. L’affirmation qui attribue la division à la fusion et l’assemblage à la fission inverse ces deux processus.

32. Quelle caractéristique définit un radioisotope ?

Tous ses isotopes sont instables et se désintègrent spontanément.
Son noyau change d’énergie sans émettre de rayonnement.
Son noyau stable émet un rayonnement après avoir capté un électron.
Son noyau instable se désintègre en émettant un rayonnement.

Son noyau instable se désintègre en émettant un rayonnement.

Explication

Un radioisotope est un isotope dont le noyau instable se désintègre en émettant un rayonnement. Le fait que tous les isotopes d’un élément soient radioactifs définit plutôt un radioélément.

33. Quelle distinction permet de différencier une désintégration nucléaire d’une transition nucléaire ?

La désintégration désexcite le noyau sans changer l’élément, tandis que la transition change le numéro atomique.
La désintégration change le numéro atomique et l’élément, tandis que la transition désexcite le noyau sans changer l’élément.
La désintégration émet un photon sans modifier l’élément, tandis que la transition éjecte une particule et change le numéro atomique.
La désintégration change le nombre de masse sans affecter l’élément, tandis que la transition transforme le noyau en un autre élément.

La désintégration change le numéro atomique et l’élément, tandis que la transition désexcite le noyau sans changer l’élément.

Explication

Une désintégration nucléaire modifie le numéro atomique et produit un autre élément, alors qu’une transition nucléaire désexcite le noyau sans le transformer en un autre élément. L’émission d’un photon sans changement d’élément caractérise une transition gamma, pas toute désintégration nucléaire.

34. Un noyau lourd subit une désintégration α : quelle variation de ses nombres de masse et atomique faut-il prévoir ?

Le nombre de masse diminue de 2 et le numéro atomique diminue de 4.
Le nombre de masse reste inchangé et le numéro atomique diminue de 1.
Le nombre de masse diminue de 4 et le numéro atomique diminue de 2.
Le nombre de masse reste inchangé et le numéro atomique augmente de 1.

Le nombre de masse diminue de 4 et le numéro atomique diminue de 2.

Explication

La désintégration α émet une particule d’hélium 24He^4_2\mathrm{He}, ce qui diminue le nombre de masse de 4 et le numéro atomique de 2. La conservation du nombre de masse avec une hausse du numéro atomique de 1 correspond à une désintégration β⁻.

35. Lors d’une désintégration β⁻, un neutron se transforme en proton : quel changement nucléaire en résulte ?

Le nombre de masse augmente de 1 et le numéro atomique reste inchangé.
Le nombre de masse diminue de 4 et le numéro atomique diminue de 2.
Le nombre de masse reste inchangé et le numéro atomique augmente de 1.
Le nombre de masse reste inchangé et le numéro atomique diminue de 1.

Le nombre de masse reste inchangé et le numéro atomique augmente de 1.

Explication

En β⁻, un neutron devient un proton avec émission d’un électron et d’un antineutrino : le nombre de masse ne change pas et le numéro atomique augmente de 1. Une diminution du numéro atomique de 1 est associée à la désintégration β⁺.

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Mémorisez les réponses avec 79 flashcards sur Structure atomique et radioactivité.

De quoi est constitué un atome neutre ?

D’un noyau positif entouré d’un nuage électronique négatif.

Quel est le diamètre approximatif du noyau atomique ?

10−5 nm10^{-5}\,\text{nm}

Quel est le diamètre approximatif d’un atome ?

0,1 nm0{,}1\,\text{nm}

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