QCM : Structure de la matière et atomistique — 35 questions

Explication

La chimie cherche à expliquer, comprendre et prévoir les propriétés et la réactivité de la matière. L’étude des astres relève principalement de l’astronomie, même si la chimie peut intervenir dans certains domaines spatiaux.

Explication

La chimie participe à la création de nouvelles substances et à l’analyse grâce à des méthodes comme la spectroscopie et les techniques séparatives. Les autres activités concernent principalement la géographie, la mécanique ou la biologie.

Explication

Un mélange hétérogène comporte plusieurs phases ou des constituants distinguables, même si ceux-ci ne sont pas forcément visibles à l’œil nu. Des constituants indiscernables caractérisent plutôt un mélange homogène, qui n’est pas nécessairement une substance pure.

Explication

Une transformation chimique produit de nouveaux composés, ce qui modifie la constitution chimique des espèces. Lors d’une transformation physique, cette constitution est conservée, même si l’état ou l’aspect de la matière change.

Explication

L’électron possède une charge négative $-e$, le proton une charge positive $+e$ et le neutron n’a pas de charge électrique. La confusion la plus courante consiste à inverser les signes de l’électron et du proton.

Explication

L’expérience menée par Ernest Rutherford en 1911 a montré que l’atome contient un noyau massif et positif. Les électrons sont négatifs et entourent ce noyau, tandis que l’expérience ne permettait pas d’attribuer toute la masse centrale aux neutrons.

Explication

Le nombre de masse se calcule avec $A=Z+N$, donc $A=8+10=18$. La valeur $10$ correspond ici au nombre de neutrons, et non au nombre total de nucléons.

Explication

Deux isotopes ont le même nombre atomique $Z$, car ils appartiennent au même élément, mais leurs nombres de neutrons $N$ diffèrent. Des nombres atomiques différents indiqueraient des éléments distincts, et non des isotopes.

Explication

La constante d’Avogadro vaut $N_A=6{,}0222\times10^{23}\ \mathrm{mol^{-1}}$, ce qui correspond au nombre de particules présentes dans une mole. La valeur en $10^{22}$ sous-estime ce nombre d’un facteur dix.

Explication

Une mole est définie comme une quantité de substance contenant autant de particules qu’il y a d’atomes dans 12 g de carbone 12. Elle compte donc des particules, tandis que la masse molaire exprime la masse associée à une mole.

Explication

Le tableau périodique moderne classe les éléments selon leur numéro atomique $Z$ croissant et comprend environ 118 éléments. Le classement initial de Mendeleïev reposait principalement sur la masse croissante, ce qui correspond à une autre organisation.

Explication

Le tableau périodique comprend 7 périodes disposées en lignes et 18 groupes disposés en colonnes. Confondre ces orientations inverse la définition des deux catégories.

Explication

L’énergie d’ionisation est l’énergie à fournir à un atome gazeux pour lui retirer l’électron le plus faiblement lié, ce qui rend le processus endothermique. L’attraction d’un électron supplémentaire renvoie plutôt à l’affinité électronique.

Explication

L’électronégativité décrit la tendance d’un atome lié à attirer vers lui la densité électronique, notamment le doublet partagé. La tendance à céder cette densité correspond plutôt à l’électropositivité.

Explication

La célérité, la longueur d’onde et la fréquence sont reliées par $c=\lambda\nu$. La division de la longueur d’onde par la fréquence ne donne pas une célérité et n’est pas la relation appropriée.

Explication

Un élément excité produit des raies lumineuses dans un spectre d’émission, alors qu’un gaz éclairé absorbe certaines radiations dans un spectre d’absorption. La confusion fréquente consiste à attribuer les raies absorbées au spectre d’émission.

Explication

La variation d’énergie d’une transition atomique est proportionnelle à la fréquence du rayonnement selon $\Delta E=h\nu$. L’expression $h/\nu$ inverse cette dépendance et ne correspond pas à la relation donnée.

Explication

L’énergie d’un niveau de l’atome d’hydrogène est donnée par $E_n=-\frac{A}{n^2}$. Le signe négatif et la dépendance en inverse du carré de $n$ distinguent cette expression des autres propositions.

Explication

Le principe d’exclusion de Pauli limite l’identité quantique des électrons en interdisant quatre nombres quantiques identiques pour deux électrons d’un même atome. La règle de Hund concerne plutôt la répartition dans des orbitales de même énergie.

Explication

La règle de Hund impose le remplissage séparé des orbitales de même énergie avant l’appariement. L’interdiction de quatre nombres quantiques identiques relève du principe de Pauli, et non de Hund.

Explication

Une configuration électronique se construit en suivant l’ordre croissant des énergies tout en respectant les principes de Pauli et de Hund. L’appariement préalable contredit la règle de Hund pour les orbitales dégénérées.

Explication

Une liaison covalente résulte du partage de deux électrons de valence entre deux atomes. L’attraction entre ions de charges opposées caractérise plutôt une liaison ionique.

Explication

Une liaison ionique s’établit généralement entre un métal et un non-métal dont les électronégativités sont très différentes. Deux non-métaux d’électronégativités voisines forment plutôt une liaison covalente.

Explication

La règle de l’octet admet ici deux exceptions distinctes : BF3 reste déficient en électrons autour du bore, alors que PCl5 est hypervalent. L’idée que les deux molécules respectent exactement l’octet confond ces exceptions avec la règle générale.

Explication

La charge formelle compare les électrons attribués à l’atome dans la structure de Lewis avec son nombre d’électrons de valence. La masse atomique et le nombre de neutrons ne servent pas à définir cette charge.

Explication

Une liaison covalente polarisée repose sur un partage dissymétrique du doublet électronique. Le transfert d’électrons suivi d’une attraction entre charges opposées décrit une liaison ionique.

Explication

La théorie VSEPR prévoit que les paires électroniques autour de l’atome central s’organisent afin de minimiser leurs répulsions. Le schéma de Lewis indique les liaisons et les doublets, mais ne fournit pas directement toute la géométrie spatiale.

Explication

Deux doublets libres se repoussent le plus fortement, suivis d’un doublet libre et d’un doublet liant, puis de deux doublets liants. Assimiler les trois répulsions néglige l’effet spatial plus important des doublets libres.

Explication

La relation $\lVert\vec{\mu}_e\rVert=qd$ donne $\lVert\vec{\mu}_e\rVert=(2{,}0\times10^{-19})(3{,}0\times10^{-10})=6{,}0\times10^{-29}\,C.m$. La valeur obtenue en divisant $q$ par $d$ ne correspond pas à la définition du moment dipolaire.

Explication

Le principe d’Heisenberg impose une limite à la connaissance simultanée de la position et de la quantité de mouvement. Il s’oppose donc à une trajectoire classique parfaitement déterminée, sans empêcher une description probabiliste de l’électron.

Explication

La relation de de Broglie donne $\lambda=\frac{h}{p}=\frac{6{,}63\times10^{-34}}{2{,}0\times10^{-24}}=3{,}32\times10^{-10}\,m$. Multiplier $h$ par $p$ ou inverser le rapport produit des dimensions et des valeurs incompatibles.

Explication

Une orbitale est une fonction d’onde $\psi$, et son carré représente la densité de probabilité de présence de l’électron. Il ne décrit donc pas une trajectoire classique exacte, mais une répartition probabiliste.

Explication

Le recouvrement de deux orbitales atomiques conduit à deux orbitales moléculaires : une liante, qui stabilise la molécule, et une anti-liante, qui la déstabilise. Deux orbitales liantes ou deux orbitales anti-liantes ne décrivent donc pas le résultat général de ce recouvrement.

Explication

Une orbitale moléculaire peut accueillir au plus deux électrons, et leurs spins doivent être opposés. La possibilité de spins parallèles concerne des électrons célibataires répartis dans des orbitales différentes, pas deux électrons placés dans la même orbitale.

Explication

L’indice de liaison se calcule par $i_l=\frac{1}{2}(N_{liants}-N_{anti-liants})$, soit ici $\frac{1}{2}(6-2)=2$. Une valeur de 4 correspondrait à une soustraction non divisée par deux.