سوال ۷۸ شیمی کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت دوم با پاسخ تشریحی

صورت سؤال، عبارت «نادرست» را می‌خواهد؛ پس باید در هر گزینه، ابتدا دو عنصر را شناسایی و سپس درستی ویژگی بیان‌شده را بررسی کنیم.

گام اول: استفاده از شرط مشترک سؤال
چون زیرلایهٔ $3p$ در لایهٔ ظرفیت اتم $\mathrm{Y}$ قرار دارد، این عنصر در دورهٔ سوم است. همچنین طبق شرط سؤال داریم:

$N_{3d}(\mathrm{X})=N_{3p}(\mathrm{Y})$

در این رابطه، $N$ نشان‌دهندهٔ شمار الکترون‌های زیرلایه است. برای تشخیص بیرونی‌ترین لایه باید بزرگ‌ترین عدد کوانتومی اصلی را در نظر گرفت؛ نباید ترتیب پرشدن زیرلایه‌ها را با ترتیب لایه‌ها اشتباه کرد (شیمی ۱، صفحه‌های ۳۰–۳۳).

بررسی گزینهٔ ۱
نافلز جامد سفیدرنگ موردنظر، فسفر سفید است. آرایش الکترونی اتم فسفر چنین است:

$\mathrm{P}:[\mathrm{Ne}]\,3s^2 3p^3$

پس اتم $\mathrm{X}$ باید در زیرلایهٔ $3d$ سه الکترون داشته باشد؛ بنابراین این عنصر وانادیم است:

$\mathrm{V}:[\mathrm{Ar}]\,3d^3 4s^2$

بیرونی‌ترین زیرلایهٔ اشغال‌شدهٔ وانادیم، $4s$ است، زیرا به لایهٔ چهارم تعلق دارد. این زیرلایه دو الکترون دارد، نه یک الکترون؛ بنابراین گزینهٔ ۱ نادرست است. ملاک تشخیص لایهٔ بیرونی، شمارهٔ لایه است، نه جایگاه نوشتن زیرلایه در آرایش الکترونی (شیمی ۱، صفحه‌های ۳۲–۳۳).

بررسی گزینهٔ ۲
آرایش الکترونی منگنز عبارت است از:

$\mathrm{Mn}:[\mathrm{Ar}]\,3d^5 4s^2$

پس اتم $\mathrm{Y}$ باید آرایش ظرفیتی $3s^2 3p^5$ داشته باشد؛ یعنی کلر است. کلر در دمای اتاق به‌آرامی با گاز هیدروژن واکنش می‌دهد؛ در نتیجه این عبارت درست است.

بررسی گزینهٔ ۳
فسفر دارای آرایش $3p^3$ است؛ پس همانند بررسی گزینهٔ نخست، عنصر $\mathrm{X}$ وانادیم با آرایش زیر خواهد بود:

$\mathrm{V}:[\mathrm{Ar}]\,3d^3 4s^2$

بیشترین عدد اکسایش وانادیم در ترکیب‌هایش $+5$ است؛ برای نمونه، در $\mathrm{V_2O_5}$ عدد اکسایش وانادیم همین مقدار است. پس این عبارت درست است. توجه کنید در عنصرهای دستهٔ $d$ دورهٔ چهارم، الکترون‌های هر دو زیرلایهٔ $3d$ و $4s$ در شمار الکترون‌های ظرفیت منظور می‌شوند (شیمی ۱، صفحهٔ ۳۳).

بررسی گزینهٔ ۴
گاز نجیبی که زیرلایهٔ $3p$ در لایهٔ ظرفیت آن قرار دارد، آرگون است:

$\mathrm{Ar}:[\mathrm{Ne}]\,3s^2 3p^6$

بنابراین اتم $\mathrm{X}$ باید شش الکترون در زیرلایهٔ $3d$ داشته باشد؛ یعنی آهن است:

$\mathrm{Fe}:[\mathrm{Ar}]\,3d^6 4s^2$

لایهٔ سوم شامل زیرلایه‌های $3s$، $3p$ و $3d$ است (شیمی ۱، صفحه‌های ۲۹–۳۰). پس شمار الکترون‌های این لایه در اتم آهن برابر است با:

$N_{n=3}=2+6+6=14$

بنابراین گزینهٔ ۴ نیز درست است و تنها عبارت نادرست، گزینهٔ نخست است.

پاسخ: گزینهٔ ۱