QCM : Structure de l’atome (17 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quelle description distingue correctement un atome de son noyau ?

L’atome est formé d’électrons autour desquels se déplacent les nucléons.
L’atome comprend un noyau central et des électrons qui l’entourent.
L’atome désigne une région électronique à laquelle le noyau n’appartient pas.
L’atome correspond au noyau central dépourvu de particules périphériques.

L’atome comprend un noyau central et des électrons qui l’entourent.

Explication

Un atome est constitué d’un noyau central autour duquel gravitent un ou plusieurs électrons. Assimiler l’atome au noyau néglige donc la présence des électrons.

2. Laquelle de ces particules est un nucléon ?

Un neutron appartenant au noyau atomique
Un ion formé par perte d’un électron
Un électron situé autour du noyau atomique
Un photon émis par l’atome excité

Un neutron appartenant au noyau atomique

Explication

Un nucléon est une particule constitutive du noyau : il s’agit d’un proton ou d’un neutron. L’électron n’est pas un nucléon, car il se trouve autour du noyau.

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

Le proton porte une charge positive et le neutron est neutre.
Le proton est neutre et le neutron porte une charge positive.
Les deux particules portent une charge positive identique.
Les deux particules sont neutres mais ont des masses différentes.

Le proton porte une charge positive et le neutron est neutre.

Explication

Le proton possède une charge +e=1,6×10−19 C+e=1,6\times10^{-19}\ \mathrm{C}, tandis que le neutron a une charge nulle. Ils ont toutefois la même masse approximative, soit 1,67×10−27 kg1,67\times10^{-27}\ \mathrm{kg}.

4. Un atome possède ZZ protons et est électriquement neutre : combien contient-il d’électrons ?

Il contient ZZ électrons, car les charges positives et négatives se compensent.
Il contient plus de ZZ électrons, car chaque proton neutralise plusieurs électrons.
Il ne contient pas d’électrons, car la neutralité vient des neutrons.
Il contient moins de ZZ électrons, car le noyau attire les charges négatives.

Il contient $$Z$$ électrons, car les charges positives et négatives se compensent.

Explication

Dans un atome neutre, le nombre d’électrons est égal au nombre de protons, soit ZZ. Les charges +Ze+Ze et −Ze-Ze se compensent, contrairement au cas d’un ion.

5. Un noyau contient ZZ protons et NN neutrons ; quelle expression donne sa masse en négligeant les électrons ?

mnoy=mp(Z+N)m_{noy}=m_p(Z+N)
mnoy=me(Z+N)m_{noy}=m_e(Z+N)
mnoy=mp(Z−N)m_{noy}=m_p(Z-N)
mnoy=mn(Z−N)m_{noy}=m_n(Z-N)

$$m_{noy}=m_p(Z+N)$$

Explication

La masse du noyau est la somme des masses de ses protons et de ses neutrons : mnoy=Zmp+Nmnm_{noy}=Zm_p+Nm_n. Comme mp=mnm_p=m_n, cette expression devient mp(Z+N)m_p(Z+N).

6. Pourquoi peut-on considérer que la masse d’un atome est essentiellement concentrée dans son noyau ?

Parce que les électrons possèdent une charge électrique nulle.
Parce que le noyau occupe presque tout le volume de l’atome.
Parce que les électrons sont beaucoup plus nombreux que les nucléons.
Parce que la masse d’un proton vaut environ 18351835 fois celle d’un électron.

Parce que la masse d’un proton vaut environ $$1835$$ fois celle d’un électron.

Explication

La relation mp=1835mem_p=1835m_e montre que la masse des électrons est négligeable devant celle des nucléons. Le noyau concentre donc presque toute la masse, même si la région électronique contribue principalement au volume.

7. Quels ordres de grandeur comparent correctement le rayon de l’atome et celui de son noyau ?

Atome : 10−5 m10^{-5}\ \mathrm{m} ; noyau : 10−10 m10^{-10}\ \mathrm{m}
Atome : 10−15 m10^{-15}\ \mathrm{m} ; noyau : 10−10 m10^{-10}\ \mathrm{m}
Atome : 10−10 m10^{-10}\ \mathrm{m} ; noyau : 10−15 m10^{-15}\ \mathrm{m}
Atome : 10−10 m10^{-10}\ \mathrm{m} ; noyau : 10−5 m10^{-5}\ \mathrm{m}

Atome : $$10^{-10}\ \mathrm{m}$$ ; noyau : $$10^{-15}\ \mathrm{m}$$

Explication

Le rayon atomique est de l’ordre de 10−10 m10^{-10}\ \mathrm{m}, alors que le rayon nucléaire est de l’ordre de 10−15 m10^{-15}\ \mathrm{m}. Le noyau est donc beaucoup plus petit que l’atome.

8. Un atome possède 11 protons et 12 neutrons dans son noyau. Quelle est la valeur de son numéro atomique ZZ ?

12
1
11
23

11

Explication

Le numéro atomique ZZ correspond au nombre de protons du noyau, donc il vaut 11. Le nombre 23 correspondrait au nombre total de nucléons, c’est-à-dire au nombre de masse AA.

9. Un noyau contient 17 protons et 18 neutrons. Quelle relation permet de déterminer son nombre de masse AA ?

A=17−18=−1A=17-18=-1
A=17+18=35A=17+18=35
A=18A=18
A=17A=17

$$A=17+18=35$$

Explication

Le nombre de masse est la somme des protons et des neutrons, selon A=Z+NA=Z+N, ce qui donne A=35A=35. La valeur 17 désigne ici le numéro atomique, tandis que 18 représente le nombre de neutrons.

10. Quelle notation représente correctement un nucléide caractérisé par Z=6Z=6 et A=14A=14, pour l’élément carbone C\mathrm{C} ?

86C^{6}_{8}\mathrm{C}
614C^{14}_{6}\mathrm{C}
146C^{6}_{14}\mathrm{C}
814C^{14}_{8}\mathrm{C}

$$^{14}_{6}\mathrm{C}$$

Explication

Un nucléide se note ZAX^{A}_{Z}X : le nombre de masse 14 est placé en haut et le numéro atomique 6 en bas. Inverser ces nombres ou modifier le numéro atomique décrit un autre noyau.

11. Deux nucléides sont-ils des isotopes lorsqu’ils possèdent quelle combinaison de caractéristiques ?

Des valeurs différentes de ZZ et le même AA
Le même nombre de neutrons et le même AA
Le même ZZ et des valeurs différentes de AA
Des valeurs différentes de ZZ et de AA

Le même $$Z$$ et des valeurs différentes de $$A$$

Explication

Les isotopes ont le même numéro atomique ZZ, donc le même nombre de protons, mais des nombres de masse AA différents. Une variation de ZZ correspond à des éléments chimiques différents.

12. À quel nombre quantique principal correspondent respectivement les couches électroniques K et O ?

n=1n=1 pour K et n=4n=4 pour O
n=5n=5 pour K et n=1n=1 pour O
n=2n=2 pour K et n=4n=4 pour O
n=1n=1 pour K et n=5n=5 pour O

$$n=1$$ pour K et $$n=5$$ pour O

Explication

Les couches K, L, M, N et O correspondent respectivement à n=1,2,3,4,5n=1,2,3,4,5. La couche K est donc la plus proche du premier niveau, tandis que la couche O correspond au cinquième niveau.

13. Selon la relation de capacité maximale, combien d’électrons une couche de rang n=3n=3 peut-elle contenir ?

1212 électrons
99 électrons
1818 électrons
66 électrons

$$18$$ électrons

Explication

La capacité maximale d’une couche de rang nn est donnée par 2n22n^2 ; pour n=3n=3, on obtient 2×32=182\times3^2=18 électrons. La valeur 6 correspondrait à une multiplication par nn plutôt qu’à l’application de la formule.

14. Lors du remplissage progressif des couches électroniques, dans quel ordre les électrons occupent-ils les premières couches ?

L, puis K, puis N, puis M
M, puis K, puis L, puis N
N, puis M, puis L, puis K
K, puis L, puis M, puis N

K, puis L, puis M, puis N

Explication

Les électrons occupent successivement les niveaux selon des nombres quantiques croissants, dans l’ordre K, L, M puis N. Commencer par une couche plus éloignée du noyau ne respecte pas cette règle de remplissage.

15. Quelle couche est appelée couche de valence dans un atome ?

La dernière couche électronique occupée
La couche qui possède le plus petit nombre quantique
La couche qui contient le plus de neutrons
La couche la plus proche du noyau

La dernière couche électronique occupée

Explication

La couche de valence est la dernière couche électronique occupée, celle qui intervient notamment dans la stabilité et les interactions chimiques. La couche la plus proche du noyau est la couche K, qui n’est pas forcément la couche de valence.

16. Un atome ayant plus de quatre protons tend à modifier sa configuration électronique afin d’obtenir quelle situation de stabilité ?

Huit protons dans le noyau et la structure d’un isotope stable
Deux électrons sur chaque couche et la structure d’un métal alcalin
Huit électrons sur sa couche de valence et la structure du gaz noble proche
Un électron sur sa couche externe et la structure d’un halogène

Huit électrons sur sa couche de valence et la structure du gaz noble proche

Explication

Pour Z>4Z>4, l’atome tend à perdre ou gagner des électrons afin d’atteindre huit électrons de valence et la configuration du gaz noble le plus proche. La recherche de deux électrons de valence concerne le duet, associé aux tout premiers éléments.

17. Quelle transformation décrit correctement l’atome de chlore 1735Cl^{35}_{17}\mathrm{Cl} lorsqu’il devient l’ion chlorure ?

Il perd un électron et adopte la structure K2L8M6K^2L^8M^6, comme le soufre.
Il perd sept électrons et adopte la structure K2L8K^2L^8, comme le néon.
Il gagne un électron et adopte la structure K2L8M8K^2L^8M^8, comme l’argon.
Il gagne deux électrons et adopte la structure K2L8M9K^2L^8M^9, comme l’argon.

Il gagne un électron et adopte la structure $$K^2L^8M^8$$, comme l’argon.

Explication

Le chlore possède initialement sept électrons sur sa couche M et gagne un électron pour former Cl−\mathrm{Cl^-}, de structure K2L8M8K^2L^8M^8, identique à celle de l’argon. La perte d’un électron ou le gain de deux électrons ne produit pas cette configuration stable.

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Qu'est-ce qu'un atome en physique ?

La plus petite partie indivisible de la matière.

De quoi est constitué un atome ?

D'un noyau central et d'électrons gravitant autour.

Qu'est-ce qu'un nucléon ?

Une particule constitutive du noyau, proton ou neutron.

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