QCM : Structure de la matière — 21 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle description correspond à la structure générale d’un atome ?

Une masse compacte de nucléons dans laquelle les électrons sont dispersés
Un noyau constitué d’électrons autour duquel gravitent les nucléons
Un noyau de protons et de neutrons entouré d’électrons en mouvement
Un ensemble d’électrons entouré par un noyau dépourvu de particules

Un noyau de protons et de neutrons entouré d’électrons en mouvement

Explication

Un atome possède un noyau formé de protons et de neutrons, autour duquel se déplacent les électrons. L’atome n’est pas une masse compacte, car une grande partie de son volume est essentiellement vide.

2. Où se trouvent les nucléons et les électrons dans un atome ?

Les protons sont dans le noyau, tandis que les neutrons occupent le cortège électronique
Les nucléons sont dans le noyau et les électrons forment le cortège électronique
Les nucléons forment le cortège électronique et les électrons sont concentrés dans le noyau
Les électrons et les nucléons sont répartis uniformément dans tout le volume atomique

Les nucléons sont dans le noyau et les électrons forment le cortège électronique

Explication

Les protons et les neutrons sont les nucléons contenus dans le noyau, tandis que les électrons constituent le cortège électronique. Les neutrons ne se trouvent donc pas dans le cortège électronique.

3. Quelle comparaison entre le proton et le neutron est correcte ?

Le proton porte une charge positive et le neutron est neutre, leurs masses étant presque égales
Le proton et le neutron portent des charges opposées, mais le proton est beaucoup plus massif
Le proton est neutre et le neutron porte une charge positive, leurs masses étant très différentes
Le proton et le neutron sont neutres, mais seul le neutron possède une masse mesurable

Le proton porte une charge positive et le neutron est neutre, leurs masses étant presque égales

Explication

Le proton porte une charge de +1,602×10−19 C+1{,}602 \times 10^{-19}\ \mathrm{C}, alors que le neutron est neutre; leurs masses sont presque égales. Le neutron n’a donc pas une charge positive opposée à celle du proton.

4. Que déduit-on de l’expérience de Rutherford avec une feuille d’or ?

L’atome est essentiellement vide et son noyau concentre l’essentiel de sa masse
La masse atomique est répartie uniformément entre le noyau et le cortège électronique
Les particules alpha sont toutes déviées par les électrons répartis dans l’atome
L’atome est compact et son noyau occupe presque tout son volume

L’atome est essentiellement vide et son noyau concentre l’essentiel de sa masse

Explication

La majorité des particules alpha traverse la feuille sans déviation, tandis qu’une très faible fraction est déviée, ce qui révèle un atome essentiellement vide et un noyau très massif. La déviation n’est donc pas principalement due à une répartition uniforme de la matière.

5. Que représente le numéro atomique ZZ d’un élément chimique ?

Le nombre d’électrons présents dans un ion
Le nombre total de nucléons présents dans le noyau
Le nombre de neutrons présents dans le noyau
Le nombre de protons présents dans le noyau

Le nombre de protons présents dans le noyau

Explication

Le numéro atomique ZZ correspond au nombre de protons du noyau et caractérise l’élément chimique. Le nombre total de nucléons est représenté par AA, et non par ZZ.

6. Un noyau contient 1717 protons et 1818 neutrons. Quel est son nombre de masse AA ?

A=18A = 18
A=35A = 35
A=1A = 1
A=17A = 17

$$A = 35$$

Explication

Le nombre de masse est la somme des protons et des neutrons : A=Z+N=17+18=35A = Z + N = 17 + 18 = 35. La valeur 1717 correspond au numéro atomique, tandis que 1818 correspond au nombre de neutrons.

7. Quelle relation entre les protons et les électrons caractérise un atome neutre ?

Le nombre d’électrons est différent du nombre de protons dans tout atome
Le nombre d’électrons est égal au nombre de neutrons NN
Le nombre d’électrons est égal au nombre de protons ZZ
Le nombre d’électrons est égal au nombre de nucléons AA

Le nombre d’électrons est égal au nombre de protons $$Z$$

Explication

Dans un atome neutre, les charges positives des protons et les charges négatives des électrons se compensent, donc leur nombre est égal à ZZ. Dans un ion, le nombre d’électrons diffère de ZZ.

8. Quelle caractéristique permet d’identifier deux isotopes d’un même élément ?

Ils ont des propriétés chimiques différentes en raison de leurs masses distinctes
Ils ont le même ZZ mais des nombres de masse AA différents
Ils ont des nombres de protons différents mais le même nombre de neutrons
Ils ont le même nombre de nucléons mais des numéros atomiques différents

Ils ont le même $$Z$$ mais des nombres de masse $$A$$ différents

Explication

Deux isotopes possèdent le même nombre de protons, donc le même ZZ, mais des nombres de neutrons différents et ainsi des nombres de masse AA différents. Ils conservent les mêmes propriétés chimiques malgré cette différence de masse.

9. Quelle définition correspond à une mole ?

Une quantité de matière contenant autant d’atomes que 12 g de carbone 12
Une masse de matière dont la valeur est toujours égale à 12 g
Une unité de masse utilisée pour mesurer directement les particules isolées
Le nombre de grammes correspondant à un atome de carbone 12

Une quantité de matière contenant autant d’atomes que 12 g de carbone 12

Explication

Une mole est une quantité de matière qui contient autant d’atomes qu’il y en a dans 12 g de carbone 12. Elle mesure une quantité de matière et ne constitue donc pas directement une unité de masse.

10. Quelle valeur représente le nombre d’Avogadro ?

NA=6,0221×1023N_A = 6{,}0221 \times 10^{23}
NA=6,0221×106N_A = 6{,}0221 \times 10^{6}
NA=6,0221×1012N_A = 6{,}0221 \times 10^{12}
NA=6,0221×10−23N_A = 6{,}0221 \times 10^{-23}

$$N_A = 6{,}0221 \times 10^{23}$$

Explication

Le nombre d’Avogadro vaut 6,0221×10236{,}0221 \times 10^{23} et indique le nombre d’entités correspondant à une mole. Il s’agit d’une constante de comptage, et non d’une masse exprimée en uma.

11. Comment calcule-t-on la masse atomique moyenne d’un élément constitué de plusieurs isotopes ?

En additionnant chaque masse isotopique pondérée par son abondance, M‾=∑ixiMi\overline{M}=\sum_i x_iM_i
En divisant la masse de l’isotope le plus abondant par son abondance, M‾=Mi/xi\overline{M}=M_i/x_i
En choisissant la masse de l’isotope le plus léger comme masse moyenne, M‾=Mmin⁡\overline{M}=M_{\min}
En additionnant les masses isotopiques sans tenir compte de leurs abondances, M‾=∑iMi\overline{M}=\sum_i M_i

En additionnant chaque masse isotopique pondérée par son abondance, $$\overline{M}=\sum_i x_iM_i$$

Explication

La masse atomique moyenne est une moyenne pondérée : chaque masse isotopique MiM_i est multipliée par son abondance xix_i, puis les contributions sont additionnées. Une simple addition des masses négligerait les proportions relatives des isotopes.

12. Quelle grandeur l’électronvolt permet-il de mesurer ?

Une charge électrique élémentaire
Une vitesse de particule chargée
Une masse à l’échelle atomique
Une énergie à l’échelle microscopique

Une énergie à l’échelle microscopique

Explication

L’électronvolt est une unité d’énergie, avec 1 eV=1,6×10−19 J1\,\text{eV}=1{,}6\times10^{-19}\,\text{J}. L’uma, et non l’électronvolt, sert à exprimer des masses atomiques.

13. Quelle relation décrit correctement l’unité de masse atomique et les masses des nucléons ?

1 uma=1660,3×10−30 kg1\,\text{uma}=1660{,}3\times10^{-30}\,\text{kg}, et le proton comme le neutron ont une masse proche de 1 eV1\,\text{eV}
1 uma=1660,3×10−30 kg1\,\text{uma}=1660{,}3\times10^{-30}\,\text{kg}, et le proton comme le neutron ont une masse proche de 1 uma1\,\text{uma}
1 uma=1,6×10−19 J1\,\text{uma}=1{,}6\times10^{-19}\,\text{J}, et le proton comme le neutron ont une énergie proche de 1 eV1\,\text{eV}
1 uma=9,11×10−31 kg1\,\text{uma}=9{,}11\times10^{-31}\,\text{kg}, et le proton comme le neutron ont une masse proche de 1 uma1\,\text{uma}

$$1\,\text{uma}=1660{,}3\times10^{-30}\,\text{kg}$$, et le proton comme le neutron ont une masse proche de $$1\,\text{uma}$$

Explication

L’unité de masse atomique vaut 1660,3×10−30 kg1660{,}3\times10^{-30}\,\text{kg}, tandis que les masses du proton et du neutron sont approximativement égales à 1 uma1\,\text{uma}. La valeur en joules caractérise une énergie et ne peut pas représenter une masse.

14. Une particule de charge qq est accélérée par une tension VV et atteint la vitesse vv. Quelle égalité relie son énergie cinétique aux grandeurs électriques et mécaniques ?

E=qV=12mv2E=\frac{q}{V}=\frac{1}{2}mv^2
E=q+V=12mv2E=q+V=\frac{1}{2}mv^2
E=qV=mv2E=qV=mv^2
E=qV=12mv2E=qV=\frac{1}{2}mv^2

$$E=qV=\frac{1}{2}mv^2$$

Explication

L’énergie acquise par la particule vérifie E=qVE=qV et correspond à son énergie cinétique E=12mv2E=\frac{1}{2}mv^2. La division de la charge par la tension ne donne pas cette énergie.

15. Comment définit-on le défaut de masse d’un noyau ?

Comme la différence entre la masse du noyau formé et la charge totale des nucléons
Comme la somme de la masse du noyau formé et des masses des nucléons séparés
Comme la différence entre la somme des masses des nucléons séparés et la masse du noyau formé
Comme l’énergie nécessaire pour séparer les nucléons d’un noyau formé

Comme la différence entre la somme des masses des nucléons séparés et la masse du noyau formé

Explication

Le défaut de masse compare la masse totale des nucléons séparés à celle du noyau après leur assemblage. L’énergie nécessaire à la séparation correspond à l’énergie de cohésion, et non à une différence de masses.

16. Quelle expression permet de calculer le défaut de masse d’un noyau ?

Δm=∑mnucleˊonsmnoyau\Delta m=\frac{\sum m_{\text{nucléons}}}{m_{\text{noyau}}}
Δm=∑mnucleˊons+mnoyau\Delta m=\sum m_{\text{nucléons}}+m_{\text{noyau}}
Δm=∑mnucleˊons−mnoyau\Delta m=\sum m_{\text{nucléons}}-m_{\text{noyau}}
Δm=mnoyau−∑mnucleˊons\Delta m=m_{\text{noyau}}-\sum m_{\text{nucléons}}

$$\Delta m=\sum m_{\text{nucléons}}-m_{\text{noyau}}$$

Explication

Le défaut de masse est obtenu en soustrayant la masse du noyau formé à la somme des masses des nucléons séparés. L’énergie de cohésion est la grandeur énergétique associée à ce défaut par la relation d’Einstein.

17. Que se produit-il énergétiquement lors de la formation d’un noyau à partir de nucléons séparés ?

Une énergie Elibeˊreˊe=Δm+c2E_{\text{libérée}}=\Delta m+c^2 est libérée
Une énergie Elibeˊreˊe=Δmc2E_{\text{libérée}}=\frac{\Delta m}{c^2} est libérée
Une énergie Elibeˊreˊe=Δmc2E_{\text{libérée}}=\Delta m c^2 est libérée
Une énergie Elibeˊreˊe=Δmc2E_{\text{libérée}}=\Delta m c^2 doit être fournie

Une énergie $$E_{\text{libérée}}=\Delta m c^2$$ est libérée

Explication

La formation du noyau libère une énergie donnée par Elibeˊreˊe=Δmc2E_{\text{libérée}}=\Delta m c^2. La relation exprime une énergie libérée lors de l’assemblage, tandis que la désintégration est associée au processus inverse.

18. Quel indice permet d’identifier un noyau nucléaire particulièrement stable ?

Une énergie de cohésion par nucléon faible
Une masse totale des nucléons particulièrement élevée
Une charge électrique totale particulièrement faible
Une énergie de cohésion par nucléon élevée

Une énergie de cohésion par nucléon élevée

Explication

Une énergie de cohésion par nucléon élevée signifie que les nucléons sont fortement liés, ce qui indique une plus grande stabilité. Une énergie de cohésion faible traduit au contraire une liaison moins forte.

19. Pour quels noyaux la courbe d’Aston atteint-elle environ 8,7 MeV8{,}7\,\text{MeV} par nucléon ?

Les noyaux d’hydrogène léger, de nombre de masse A=1A=1
Les noyaux voisins du fer, de nombre de masse A=56A=56
Les noyaux voisins du plomb, de nombre de masse A=208A=208
Les noyaux d’uranium 238, de nombre de masse A=238A=238

Les noyaux voisins du fer, de nombre de masse $$A=56$$

Explication

Le maximum de la courbe d’Aston est d’environ 8,7 MeV8{,}7\,\text{MeV} par nucléon pour les noyaux voisins du fer ayant A=56A=56. L’uranium 238 se situe à une valeur plus faible, proche de 7,6 MeV7{,}6\,\text{MeV} par nucléon.

20. Quelle transformation correspond à une fusion nucléaire ?

L’émission d’une particule par un noyau lourd sans modification notable de sa structure
La transformation d’un noyau moyen en deux petits noyaux, avec absorption d’énergie
L’association de deux petits noyaux en un noyau moyen plus stable, avec libération d’énergie
La séparation d’un gros noyau en noyaux moyens plus stables, avec libération d’énergie

L’association de deux petits noyaux en un noyau moyen plus stable, avec libération d’énergie

Explication

La fusion assemble deux petits noyaux pour former un noyau moyen plus stable et libérer une énergie considérable. La séparation d’un gros noyau en noyaux moyens décrit la fission nucléaire.

21. Quelle transformation correspond à une fission nucléaire ?

L’association de deux petits noyaux en un noyau moyen plus stable, avec libération d’énergie
La réunion de deux noyaux moyens en un gros noyau moins stable, avec absorption d’énergie
La scission d’un gros noyau en noyaux moyens plus stables, avec libération d’énergie
La conversion d’un neutron en proton dans un noyau sans fragmentation du noyau

La scission d’un gros noyau en noyaux moyens plus stables, avec libération d’énergie

Explication

La fission consiste à scinder un gros noyau en noyaux moyens plus stables, ce qui libère une énergie considérable. L’association de petits noyaux correspond à la fusion et non à la fission.

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Qu'est-ce que l'atome ?

Un grain élémentaire de la matière avec un noyau et des électrons.

Quels nucléons composent le noyau atomique ?

Les protons et les neutrons.

Quelle particule forme le cortège électronique ?

Les électrons.

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