سوال ۲۶۹ شیمی کنکور تجربی ۱۳۹۸ با پاسخ تشریحی

برای مقایسهٔ یون‌های $\mathrm{NH_4^+}$ و $\mathrm{SO_4^{2-}}$، ابتدا ساختار لوویس آن‌ها را با رعایت شرط سؤال رسم می‌کنیم. طبق روش کتاب، شمار الکترون‌های پیوندی و ناپیوندی باید با مجموع الکترون‌های ظرفیت سازگار باشد و اتم‌ها به آرایش هشتایی برسند؛ هیدروژن با دو الکترون پایدار می‌شود (شیمی ۱، صفحهٔ ۵۷–۵۸).

گام اول: ساختار لوویس دو یون

در آمونیوم، شمار کل الکترون‌های ظرفیت برابر است با:
$5+4(1)-1=8$
این الکترون‌ها چهار پیوند یگانهٔ $\mathrm{N-H}$ تشکیل می‌دهند؛ بنابراین چهار جفت پیوندی و هیچ جفت ناپیوندی نداریم.

در سولفات، شمار کل الکترون‌های ظرفیت برابر است با:
$6+4(6)+2=32$
با توجه به تأکید سؤال بر قاعدهٔ هشتایی، گوگرد با هر اکسیژن یک پیوند یگانه تشکیل می‌دهد. چهار پیوند، هشت الکترون مصرف می‌کنند و باقی الکترون‌ها به‌صورت جفت‌های ناپیوندی روی اکسیژن‌ها قرار می‌گیرند:
$32-8=24$
پس هر اکسیژن سه جفت ناپیوندی دارد و مجموع جفت‌های ناپیوندی سولفات برابر است با:
$\dfrac{24}{2}=12$
روی گوگرد جفت ناپیوندی وجود ندارد. رسم پیوند دوگانه در این سؤال مناسب نیست، زیرا با وجود چهار اتم متصل به گوگرد، شمار الکترون‌های اطراف آن را از هشت بیشتر می‌کند.

گام دوم: بررسی موارد سؤال

• عدد اکسایش اتم مرکزی: متفاوت است. مجموع عددهای اکسایش اتم‌ها برابر بار یون است. با درنظرگرفتن عدد اکسایش هیدروژن برابر $+1$ و اکسیژن برابر $-2$ داریم:

آمونیوم: $x+4(+1)=+1\Rightarrow x=-3$
سولفات: $y+4(-2)=-2\Rightarrow y=+6$

• شمار جفت الکترون‌های پیوندی: یکسان است. هر دو یون چهار پیوند یگانه، یعنی چهار جفت الکترون پیوندی دارند.

• قطبیت و شکل هندسی: تفاوتی ندارند. در هر دو، اتم مرکزی چهار جفت پیوندی و هیچ جفت ناپیوندی دارد؛ بنابراین شکل هر دو چهاروجهی متقارن است و برآیند دوقطبی پیوندها صفر می‌شود. منظور از مقایسهٔ قطبیت در اینجا همین تقارن پیوندهاست، نه نداشتن بار الکتریکی؛ هر دو ذره یون‌اند.

• شمار جفت الکترون‌های ناپیوندی روی اتم‌ها: متفاوت است. در آمونیوم این شمار صفر و در سولفات دوازده است. دقت کنید که سؤال همهٔ اتم‌ها را در نظر دارد، نه فقط اتم مرکزی.

بنابراین فقط مورد نخست و مورد چهارم متفاوت‌اند؛ یعنی دو مورد.

پاسخ: گزینهٔ ۲