QCM : Structure atomique et spectres (11 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quelle longueur caractérise approximativement un atome ou une liaison carbone-hydrogène ?

Environ un micromètre, soit 10−610^{-6} m
Environ un ångström, soit 10−1010^{-10} m
Moins de 10−1410^{-14} m, comme un noyau atomique
Environ un nanomètre, soit 10−910^{-9} m

Environ un ångström, soit $$10^{-10}$$ m

Explication

Un atome et une liaison C–H ont une taille de l’ordre de l’ångström, soit 10−1010^{-10} m. Le nanomètre correspond plutôt à l’échelle des grandes molécules.

2. Quelle valeur correspond à la charge élémentaire ?

2,998×1082{,}998 \times 10^8 m·s⁻¹
1,6×10−191{,}6 \times 10^{-19} C
1,6×10−191{,}6 \times 10^{-19} J
6,0221407×10236{,}0221407 \times 10^{23} mol⁻¹

$$1{,}6 \times 10^{-19}$$ C

Explication

La charge élémentaire vaut 1,6×10−191{,}6 \times 10^{-19} C. La valeur exprimée en m·s⁻¹ est celle de la vitesse de la lumière, tandis que la constante d’Avogadro s’exprime en mol⁻¹.

3. Deux atomes ont respectivement 6 et 8 protons dans leur noyau : que permet de conclure le nombre atomique ?

Ils correspondent au même élément, car leur nombre de masse peut être identique.
Ils correspondent à deux isotopes, car leurs nombres de protons sont différents.
Ils correspondent au même élément, car le nombre de neutrons définit l’élément.
Ils correspondent à deux éléments différents, car leur nombre atomique diffère.

Ils correspondent à deux éléments différents, car leur nombre atomique diffère.

Explication

Le nombre atomique ZZ est le nombre de protons et détermine la nature de l’élément, donc ces atomes sont différents. Des nombres de masse identiques ne suffiraient pas à en faire le même élément.

4. Un noyau possède un nombre de masse A=23A=23 et un nombre atomique Z=11Z=11. Combien contient-il de neutrons ?

11 neutrons, puisque leur nombre vaut ZZ.
23 neutrons, puisque leur nombre vaut AA.
34 neutrons, puisque leur nombre vaut A+ZA+Z.
12 neutrons, puisque leur nombre vaut A−ZA-Z.

12 neutrons, puisque leur nombre vaut $$A-Z$$.

Explication

Le nombre de neutrons est la différence entre le nombre total de nucléons et le nombre de protons : A−Z=23−11=12A-Z=23-11=12. Le nombre atomique indique les protons, et non les neutrons.

5. Que désigne une lumière monochromatique ?

Une lumière composée de photons ayant la même vitesse dans tous les milieux
Une lumière composée d’ondes ayant la même amplitude
Une lumière composée d’ondes dont la fréquence varie continuellement
Une lumière composée d’ondes ayant la même longueur d’onde

Une lumière composée d’ondes ayant la même longueur d’onde

Explication

Une lumière monochromatique est constituée d’ondes de même longueur d’onde. Une amplitude identique ne définit pas le caractère monochromatique, qui concerne la longueur d’onde.

6. En quelle année Einstein a-t-il expliqué l’effet photoélectrique ?

En 1905
En 1801
En 1887
En 1913

En 1905

Explication

Einstein a expliqué l’effet photoélectrique en 1905, après son observation par Hertz en 1887. L’année 1887 correspond donc à l’observation de l’effet, et non à son explication par Einstein.

7. Quelle est la fonction de la formule de Rydberg pour l’hydrogène ?

Relier la fréquence d’une onde lumineuse à sa longueur d’onde dans le vide
Calculer les longueurs d’onde des raies spectrales permises à partir des niveaux concernés
Calculer le rayon des orbites électroniques à partir du nombre quantique principal
Déterminer l’énergie cinétique des électrons arrachés à un métal éclairé

Calculer les longueurs d’onde des raies spectrales permises à partir des niveaux concernés

Explication

La formule de Rydberg permet de calculer les longueurs d’onde associées aux raies de l’hydrogène à partir des entiers correspondant aux niveaux concernés. Le calcul de l’énergie cinétique des électrons arrachés relève de la description de l’effet photoélectrique.

8. Lors de l’émission d’un photon par une espèce hydrogénoïde excitée, à quel moment du processus le photon est-il produit ?

Lorsque l’électron est excité depuis son état stable vers un niveau supérieur
Lorsque l’électron passe d’un niveau d’énergie supérieur à un niveau inférieur
Lorsque l’électron quitte l’espèce et atteint la limite d’ionisation
Lorsque l’électron reste sur un niveau stationnaire sans changer d’énergie

Lorsque l’électron passe d’un niveau d’énergie supérieur à un niveau inférieur

Explication

Le photon est émis lors de la désexcitation, quand l’électron rejoint un niveau inférieur; son énergie correspond à l’écart entre les deux niveaux. L’excitation vers un niveau supérieur implique plutôt l’absorption d’énergie.

9. Dans le modèle de Bohr, quelle différence distingue une orbite stationnaire d’une orbite classique accélérée ?

L’électron y suit une trajectoire circulaire à distance fixe sans rayonner d’énergie.
L’électron y reste immobile à une distance fixe du noyau.
L’électron y change continuellement de rayon en émettant un rayonnement.
L’électron y suit une trajectoire circulaire dont le rayon augmente continuellement.

L’électron y suit une trajectoire circulaire à distance fixe sans rayonner d’énergie.

Explication

Une orbite stationnaire est caractérisée par un rayon fixe et, dans le modèle de Bohr, l’électron n’y rayonne pas d’énergie. Contrairement à une trajectoire circulaire classique accélérée, elle ne s’accompagne donc pas d’une perte d’énergie par rayonnement.

10. Pourquoi les spectres d’émission de l’hydrogène apparaissent-ils sous forme de raies discrètes plutôt que comme un spectre continu ?

Les électrons perdent une quantité d’énergie identique quelle que soit leur orbite initiale.
Les photons émis traversent un milieu qui élimine progressivement certaines longueurs d’onde.
Les électrons ne peuvent occuper que des niveaux d’énergie quantifiés et émettent des photons lors de transitions entre ces niveaux.
Les noyaux d’hydrogène absorbent une partie des fréquences produites par les électrons.

Les électrons ne peuvent occuper que des niveaux d’énergie quantifiés et émettent des photons lors de transitions entre ces niveaux.

Explication

Les niveaux d’énergie étant quantifiés, seules certaines différences d’énergie et donc certaines énergies de photons peuvent être émises. Un spectre continu supposerait une gamme continue d’énergies accessibles, ce qui ne correspond pas aux niveaux atomiques décrits.

11. Pour prévoir le spectre d’un atome de lithium neutre, peut-on appliquer directement le modèle de Bohr, et pourquoi ?

Non, car ses trois électrons interagissent entre eux, contrairement aux espèces à un seul électron décrites par ce modèle.
Oui, car la charge nucléaire du lithium suffit à déterminer les niveaux, même en présence de plusieurs électrons.
Non, car le modèle ne peut pas décrire les transitions électroniques qui produisent des raies spectrales.
Oui, car le modèle décrit les électrons de tout atome dès lors que leurs niveaux d’énergie sont quantifiés.

Non, car ses trois électrons interagissent entre eux, contrairement aux espèces à un seul électron décrites par ce modèle.

Explication

Le lithium neutre est polyélectronique, et le modèle de Bohr ne tient pas compte des interactions entre ses électrons. Le caractère quantifié des niveaux ne suffit donc pas à rendre le modèle applicable à tous les atomes.

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Quelle longueur caractérise l’échelle humaine ?

Environ 1 m.

De quelles particules est constitué le noyau atomique ?

De protons et de neutrons.

Quel facteur convertit le bohr en ångströms ?

1 bohr = 0,53 Å.

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