Ressources · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)
Le noyau de l’atome
Atomes, molécules et ions : qualifier une entité et écrire la formule d’un composé ionique ; le noyau, ses protons et ses neutrons, le numéro atomique Z, le nombre de masse A et l’écriture conventionnelle ; charges et neutralité de l’atome ; la masse concentrée dans le noyau ; tailles et ordres de grandeur : une matière lacunaire
À propos de cette page
Les 36 questions du QCM en version texte
Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.
Niveau facile ★ — 12 questions
Une espèce chimique, comme l’eau ou le fer, est constituée :
- A. d’un seul atome très gros
- B. d’un très grand nombre d’entités identiques
- C. de quelques entités toutes différentes
- D. uniquement d’ions positifs
Réponse
B. d’un très grand nombre d’entités identiques — Une espèce chimique est une collection d’un nombre très élevé d’entités identiques : des molécules H₂O pour l’eau, des atomes Fe pour le fer.
L’entité de formule Mn²⁺ est :
- A. un atome
- B. une molécule
- C. un anion
- D. un cation
Réponse
D. un cation — La charge positive indique un cation : un atome de manganèse qui a perdu 2 électrons.
L’entité de formule NH₃ (l’ammoniac) est :
- A. une molécule
- B. un atome
- C. un cation
- D. un anion
Réponse
A. une molécule — Quatre atomes liés (1 d’azote, 3 d’hydrogène), sans charge : une molécule. L’indice 3 compte des atomes, ce n’est pas une charge.
Les nucléons sont :
- A. les protons et les électrons
- B. les neutrons et les électrons
- C. les protons et les neutrons
- D. les électrons seuls
Réponse
C. les protons et les neutrons — Nucléon = constituant du noyau : proton ou neutron. Les électrons forment le cortège électronique, autour du noyau.
Dans l’écriture conventionnelle d’un noyau, le nombre A placé en haut est :
- A. le nombre de protons
- B. le nombre de neutrons
- C. le nombre de nucléons
- D. le nombre d’électrons
Réponse
C. le nombre de nucléons — A est le nombre de masse : protons et neutrons réunis. Le nombre de protons est Z, écrit en bas ; les neutrons sont au nombre de A − Z.
Ce qui définit un élément chimique, c’est :
- A. son numéro atomique Z
- B. son nombre de masse A
- C. son nombre de neutrons
- D. la charge de l’entité
Réponse
A. son numéro atomique Z — Tous les noyaux d’un même élément ont le même nombre de protons Z ; A et le nombre de neutrons peuvent varier, et l’atome et ses ions relèvent du même élément.
Un proton, un neutron et un électron portent respectivement les charges :
- A. −e, 0 et +e
- B. 0, +e et −e
- C. +e, +e et −e
- D. +e, 0 et −e
Réponse
D. +e, 0 et −e — Le proton est chargé positivement, l’électron négativement (la même charge au signe près), et le neutron n’est pas chargé.
Une charge électrique s’exprime en :
- A. kilogrammes (kg)
- B. coulombs (C)
- C. joules (J)
- D. mètres (m)
Réponse
B. coulombs (C) — L’unité de charge est le coulomb ; la charge élémentaire e en est une toute petite fraction. Le kilogramme mesure une masse, le joule une énergie.
L’ordre de grandeur du rayon d’un atome est :
- A. 10⁻¹⁰ m
- B. 10⁻¹⁵ m
- C. 10⁻⁶ m
- D. 10⁻³ m
Réponse
A. 10⁻¹⁰ m — Un atome mesure environ 10⁻¹⁰ m (0,1 nm) ; 10⁻¹⁵ m est l’ordre de grandeur du rayon d’un noyau.
La masse d’un atome se trouve presque entièrement :
- A. dans ses électrons
- B. répartie dans tout son volume
- C. dans son noyau
- D. dans le vide qui entoure le noyau
Réponse
C. dans son noyau — Le noyau porte plus de 99,9 % de la masse ; les électrons, très légers, ne comptent presque pas, et le reste du volume est vide.
Un atome est électriquement neutre parce qu’il possède :
- A. autant de neutrons que de protons dans son noyau
- B. autant d’électrons que de protons
- C. autant d’électrons que de neutrons
- D. autant de nucléons que d’électrons
Réponse
B. autant d’électrons que de protons — Les Z protons portent +Z × e, les Z électrons −Z × e : la somme est nulle. Le nombre de neutrons ne joue aucun rôle dans la charge.
Dans un composé ionique, comme le fluorure de sodium :
- A. il n’y a que des cations
- B. les ions ont tous la même charge
- C. la charge totale est positive
- D. la charge totale des ions est nulle
Réponse
D. la charge totale des ions est nulle — La matière est électriquement neutre : les charges des cations Na⁺ compensent celles des anions F⁻. C’est ce qu’indique la formule NaF.
Niveau moyen ★★ — 12 questions
Combien de neutrons contient le noyau ¹²¹₅₁Sb ?
- A. 51
- B. 121
- C. 172
- D. 70
Réponse
D. 70 — N = A − Z = 121 − 51 = 70. 51 est le nombre de protons, 121 celui des nucléons.
Un noyau contient 20 protons et 22 neutrons. Son écriture conventionnelle est :
- A. ⁴²₂₀Ca
- B. ²²₂₀Ca
- C. ⁴²₂₂Ca
- D. ²⁰₄₂Ca
Réponse
A. ⁴²₂₀Ca — Z = 20 (en bas) et A = 20 + 22 = 42 (en haut) : ⁴²₂₀Ca, un noyau de calcium.
Combien d’électrons possède l’ion Al³⁺ (Z = 13) ?
- A. 13
- B. 16
- C. 10
- D. 3
Réponse
C. 10 — Le cation a perdu 3 électrons : 13 − 3 = 10. Son noyau a toujours 13 protons.
Combien d’électrons possède l’ion Br⁻ (Z = 35) ?
- A. 34
- B. 36
- C. 35
- D. 1
Réponse
B. 36 — L’anion a gagné 1 électron : 35 + 1 = 36.
La charge du noyau ²⁰⁰₈₀Hg vaut (e = 1,60 × 10⁻¹⁹ C) :
- A. 1,28 × 10⁻¹⁷ C
- B. 3,20 × 10⁻¹⁷ C
- C. 0 C, l’atome est neutre
- D. −1,28 × 10⁻¹⁷ C
Réponse
A. 1,28 × 10⁻¹⁷ C — Seuls les 80 protons sont chargés : Q = 80 × 1,60 × 10⁻¹⁹ = 1,28 × 10⁻¹⁷ C. Multiplier par 200 compterait les neutrons ; c’est l’atome entier qui est neutre, pas son noyau.
Un noyau porte la charge 2,08 × 10⁻¹⁸ C. Son numéro atomique vaut (e = 1,60 × 10⁻¹⁹ C) :
- A. 1,3
- B. 26
- C. 27
- D. 13
Réponse
D. 13 — Z = Q ÷ e = 2,08 × 10⁻¹⁸ ÷ (1,60 × 10⁻¹⁹) = 13 : c’est l’aluminium. Z est toujours un nombre entier.
La masse approchée du noyau ¹⁴⁰₅₈Ce vaut (m(nucléon) = 1,67 × 10⁻²⁷ kg) :
- A. 9,69 × 10⁻²⁶ kg
- B. 2,34 × 10⁻²⁵ kg
- C. 2,34 × 10⁻²⁷ kg
- D. 5,28 × 10⁻²⁹ kg
Réponse
B. 2,34 × 10⁻²⁵ kg — 140 nucléons : 140 × 1,67 × 10⁻²⁷ = 2,34 × 10⁻²⁵ kg. 9,69 × 10⁻²⁶ kg ne compte que les 58 protons ; 5,28 × 10⁻²⁹ kg est la masse de 58 électrons.
Le chlorure de chrome contient des ions Cr³⁺ et Cl⁻. Sa formule est :
- A. Cr₃Cl
- B. CrCl
- C. CrCl₃
- D. Cr₃Cl₂
Réponse
C. CrCl₃ — Il faut trois ions Cl⁻ (−3) pour un ion Cr³⁺ (+3) : CrCl₃.
Le rayon d’un atome est plus grand que celui de son noyau d’un facteur :
- A. 10 à 100
- B. 10² à 10³
- C. 10⁴ à 10⁵
- D. 10⁸ à 10¹⁰
Réponse
C. 10⁴ à 10⁵ — L’atome mesure des dizaines de milliers de fois la taille de son noyau, parfois cent mille fois.
Le noyau d’hélium 4 a un rayon d’environ 1,7 × 10⁻¹⁵ m. L’ordre de grandeur de ce rayon est :
- A. 10⁻¹⁴ m
- B. 10⁻¹⁵ m
- C. 10⁻¹⁶ m
- D. 10⁻¹⁷ m
Réponse
B. 10⁻¹⁵ m — 1,7 < 5 : on garde la puissance de 10 de l’écriture scientifique, 10⁻¹⁵ m, l’ordre de grandeur de la taille d’un petit noyau.
Un noyau de néon (Z = 10) contient 12 neutrons. Il s’écrit :
- A. ¹²₁₀Ne
- B. ²²₁₂Ne
- C. ¹⁰₂₂Ne
- D. ²²₁₀Ne
Réponse
D. ²²₁₀Ne — Z = 10 et A = 10 + 12 = 22 : ²²₁₀Ne.
Dans un atome, la masse des électrons représente :
- A. moins de 0,1 % de la masse
- B. environ la moitié de la masse
- C. environ 10 % de la masse totale
- D. environ 1 % de la masse totale
Réponse
A. moins de 0,1 % de la masse — Un nucléon pèse près de deux mille électrons, et un atome a au plus autant d’électrons que de nucléons : les électrons pèsent moins de 0,1 % de l’atome.
Niveau difficile ★★★ — 12 questions
L’atome de cobalt Co et l’ion Co²⁺ ont :
- A. le même nombre d’électrons
- B. la même charge électrique totale
- C. le même nombre de protons
- D. des noyaux qui ne sont pas les mêmes
Réponse
C. le même nombre de protons — Former un ion ne change que le nombre d’électrons : 27 protons dans les deux cas, 27 électrons pour l’atome, 25 pour l’ion.
Les noyaux ⁵⁴₂₄Cr et ⁵⁴₂₆Fe :
- A. appartiennent au même élément chimique
- B. ont le même nombre de nucléons, pas de neutrons
- C. ont le même nombre de protons
- D. ont le même nombre de neutrons
Réponse
B. ont le même nombre de nucléons, pas de neutrons — A = 54 pour les deux, mais Z = 24 (chrome, 30 neutrons) et Z = 26 (fer, 28 neutrons) : deux éléments différents.
Une entité possède 29 protons, 34 neutrons et 28 électrons. C’est :
- A. l’atome de cuivre
- B. l’ion Cu⁻
- C. l’atome de nickel
- D. l’ion Cu⁺
Réponse
D. l’ion Cu⁺ — 29 protons : du cuivre. Un électron de moins que de protons : charge +e, le cation Cu⁺. Avoir 28 électrons n’en fait pas un atome de nickel, qui a 28 protons.
Une entité a 12 protons et 10 électrons. Sa charge vaut (e = 1,60 × 10⁻¹⁹ C) :
- A. +3,20 × 10⁻¹⁹ C
- B. −3,20 × 10⁻¹⁹ C
- C. +1,60 × 10⁻¹⁹ C
- D. +1,92 × 10⁻¹⁸ C
Réponse
A. +3,20 × 10⁻¹⁹ C — (12 − 10) × e = +2e = +3,20 × 10⁻¹⁹ C : un cation. 1,92 × 10⁻¹⁸ C serait la charge du noyau seul.
On agrandit un noyau jusqu’à 0,1 mm de rayon. L’atome aurait alors un rayon d’environ :
- A. 1 cm à 10 cm
- B. 1 m à 10 m
- C. 1 km à 10 km
- D. 0,1 mm, comme le noyau
Réponse
B. 1 m à 10 m — Le rayon de l’atome est 10⁴ à 10⁵ fois celui du noyau : 10⁴ à 10⁵ fois 0,1 mm, soit 10³ à 10⁴ mm, c’est-à-dire 1 m à 10 m.
Si le rayon d’un atome est 10⁵ fois celui de son noyau, son volume est plus grand :
- A. 10⁵ fois
- B. 10¹⁰ fois
- C. 3 × 10⁵ fois
- D. 10¹⁵ fois
Réponse
D. 10¹⁵ fois — Le volume d’une sphère varie comme le cube du rayon : (10⁵)³ = 10¹⁵.
L’écriture ⁷⁵As ne donne pas Z. On connaît pourtant le nombre de protons de ce noyau, car :
- A. le symbole As fixe Z, que l’on lit dans le tableau périodique
- B. Z vaut toujours la moitié de A pour un noyau stable
- C. le nombre écrit en haut à gauche, 75, compte les protons
- D. la masse de l’atome divisée par celle d’un proton donne Z
Réponse
A. le symbole As fixe Z, que l’on lit dans le tableau périodique — Chaque élément a son numéro atomique : le symbole As correspond à Z = 33 dans le tableau. 75 est le nombre de nucléons A, et la masse de l’atome donne A, pas Z.
On calcule la masse d’un atome par A × m(nucléon) sans compter les électrons, car :
- A. les électrons n’ont pas de masse
- B. les électrons sont dans le noyau
- C. un électron est environ 1 836 fois plus léger qu’un nucléon
- D. il y a beaucoup moins d’électrons que de neutrons
Réponse
C. un électron est environ 1 836 fois plus léger qu’un nucléon — Les électrons ont une masse, mais si petite (9,11 × 10⁻³¹ kg) qu’ils pèsent moins de 0,1 % de l’atome.
Pour un atome de calcium (Z = 20, A = 40), la charge du cortège électronique vaut (e = 1,60 × 10⁻¹⁹ C) :
- A. +3,20 × 10⁻¹⁸ C
- B. 0 C
- C. −6,40 × 10⁻¹⁸ C
- D. −3,20 × 10⁻¹⁸ C
Réponse
D. −3,20 × 10⁻¹⁸ C — 20 électrons de charge −e : −20 × 1,60 × 10⁻¹⁹ = −3,20 × 10⁻¹⁸ C. Elle compense la charge du noyau, +3,20 × 10⁻¹⁸ C. −6,40 × 10⁻¹⁸ C compterait 40 électrons.
Le phosphate de calcium contient des ions Ca²⁺ et PO₄³⁻. Sa formule est :
- A. Ca₃(PO₄)₂
- B. CaPO₄
- C. Ca₂(PO₄)₃
- D. Ca(PO₄)₂
Réponse
A. Ca₃(PO₄)₂ — Il faut 6 charges de chaque signe : trois ions Ca²⁺ (+6) pour deux ions PO₄³⁻ (−6), d’où Ca₃(PO₄)₂.
Dans un métal, deux noyaux voisins sont à 2,5 × 10⁻¹⁰ m l’un de l’autre ; un noyau a un diamètre de 1,0 × 10⁻¹⁴ m. La distance vaut :
- A. 25 diamètres de noyau
- B. 2,5 × 10⁻⁴ diamètre de noyau
- C. 2,5 × 10⁴ diamètres de noyau
- D. 2,5 × 10²⁴ diamètres de noyau
Réponse
C. 2,5 × 10⁴ diamètres de noyau — 2,5 × 10⁻¹⁰ ÷ (1,0 × 10⁻¹⁴) = 2,5 × 10⁻¹⁰⁺¹⁴ = 2,5 × 10⁴ : les puissances de 10 se soustraient dans un quotient.
Quelle entité possède autant d’électrons qu’un atome de néon (Z = 10) ?
- A. Ca²⁺ (Z = 20)
- B. O²⁻ (Z = 8)
- C. Mg (Z = 12)
- D. Na (Z = 11)
Réponse
B. O²⁻ (Z = 8) — O²⁻ : 8 + 2 = 10 électrons, comme le néon. Ca²⁺ en a 18, l’atome Mg 12 et l’atome Na 11.
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