سوال ۸۸ شیمی کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت اول با پاسخ تشریحی

گام اول: شمار الکترون‌های ظرفیت را درست تعیین می‌کنیم.
در عنصرهای دستهٔ $s$، الکترون‌های ظرفیت در زیرلایهٔ بیرونی $s$ قرار دارند و شمارشان یک یا دو است. توجه کنید که هلیم با آرایش $1s^2$ نیز در دستهٔ $s$ قرار می‌گیرد، هرچند عضو گروه گازهای نجیب است.
برای عنصرهای دستهٔ $d$ دورهٔ چهارم، باید مجموع الکترون‌های زیرلایه‌های $4s$ و $3d$ را بشماریم، نه فقط الکترون‌های بیرونی‌ترین لایه را (شیمی ۱، صفحه‌های ۳۲–۳۳).

گام دوم: عنصر $\mathrm{Y}$ را شناسایی می‌کنیم.
رابطهٔ داده‌شده چنین است:
$N_{\mathrm{v}}(\mathrm{Y})=2N_{\mathrm{v}}(\mathrm{X})$
اگر $\mathrm{X}$ یک الکترون ظرفیت داشته باشد، $\mathrm{Y}$ باید دو الکترون ظرفیت داشته باشد؛ اما نخستین عنصر دستهٔ $d$ در دورهٔ چهارم، اسکاندیم، آرایش $\mathrm{[Ar]}\,3d^1 4s^2$ و سه الکترون ظرفیت دارد. بنابراین این حالت ممکن نیست.
پس داریم:
$N_{\mathrm{v}}(\mathrm{X})=2\quad\Rightarrow\quad N_{\mathrm{v}}(\mathrm{Y})=4$
عنصر متناظر در دورهٔ چهارم، تیتانیم است:
$\mathrm{Y}=\mathrm{Ti}:\quad \mathrm{[Ar]}\,3d^2 4s^2,\qquad Z_{\mathrm{Y}}=22$
در نتیجه، $\mathrm{X}$ می‌تواند یکی از عنصرهای گروه دوم یا هلیم باشد.

گام سوم: شرط گزینهٔ چهارم را بررسی می‌کنیم.
اگر $\mathrm{X}$ نیز در دورهٔ چهارم باشد، تنها عنصر دستهٔ $s$ با دو الکترون ظرفیت در این دوره، کلسیم است:
$\mathrm{X}=\mathrm{Ca}:\quad \mathrm{[Ar]}\,4s^2,\qquad Z_{\mathrm{X}}=20$
آرایش کلسیم در جدول فعالیت کتاب نیز آمده است (شیمی ۱، صفحه‌های ۳۲–۳۳). با توجه به چیدمان جدول بر اساس افزایش عدد اتمی (شیمی ۱، صفحهٔ ۱۲)، اختلاف عدد اتمی دو عنصر برابر است با:
$\left|Z_{\mathrm{Y}}-Z_{\mathrm{X}}\right|=22-20=2$
پس این اختلاف دقیقاً برابر $2$ است و در نتیجه، عبارت «حداقل برابر $2$» به‌یقین درست است.

گام چهارم: علت قطعی نبودن سایر گزینه‌ها.
انتخاب $\mathrm{X}=\mathrm{He}$ و $\mathrm{Y}=\mathrm{Ti}$ با شرط سؤال سازگار است؛ زیرا شمار الکترون‌های ظرفیت آنها به‌ترتیب $2$ و $4$ است. با این حال، هلیم گاز نجیب است، در شرایط معمول با کلر واکنش نمی‌دهد و عدد اکسایش $+2$ در ترکیب‌های مطرح در شیمی کتاب درسی ندارد. بنابراین حکم‌های سه گزینهٔ دیگر همگانی نیستند. نکتهٔ اصلی سؤال، تفاوت میان «دستهٔ $s$» و «فلزهای گروه دوم» است.

پاسخ: گزینهٔ ۴