سوال ۲۴۰ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۰ با پاسخ تشریحی

گام اول ـ شناسایی عنصرها

اتم همهٔ عنصرهای دورهٔ چهارم در لایهٔ اول خود $2$ الکترون دارند. بنابراین:

$\text{شمار الکترون‌های ظرفیتی}=2\times\text{نسبت داده‌شده}$

در جدول، نسبت‌های $3.5$ و $1.5$ به‌صورت اعشاری نوشته شده‌اند، نه کسر. با توجه به اصلی یا واسطه بودن عنصرها داریم:

• عنصر $\mathrm{A}$: شمار الکترون‌های ظرفیتی آن $2\times3=6$ است. عنصر واسطهٔ دورهٔ چهارم با این ویژگی، کروم با عدد اتمی $24$ و آرایش $[\mathrm{Ar}]\,3d^5\,4s^1$ است.

• عنصر $\mathrm{D}$: شمار الکترون‌های ظرفیتی آن $2\times3.5=7$ است. این عنصر اصلی در گروه $17$ قرار دارد؛ پس برم با عدد اتمی $35$ است.

• عنصر $\mathrm{E}$: شمار الکترون‌های ظرفیتی آن $2\times2=4$ است. این عنصر واسطه، تیتانیم با عدد اتمی $22$ و آرایش $[\mathrm{Ar}]\,3d^2\,4s^2$ است.

• عنصر $\mathrm{M}$: شمار الکترون‌های ظرفیتی آن $2\times1.5=3$ است. این عنصر اصلی در گروه $13$ قرار دارد؛ پس گالیم با عدد اتمی $31$ است.

در نتیجه:

$\mathrm{A=Cr},\qquad\mathrm{D=Br},\qquad\mathrm{E=Ti},\qquad\mathrm{M=Ga}$

این شناسایی بر پایهٔ آرایش الکترونی و جایگاه عنصرها در جدول تناوبی است؛ ارتباط جایگاه عنصرها با الگوهای رفتاری آن‌ها در کتاب نیز بررسی شده است (شیمی ۲، صفحه‌های ۶–۸).

گام دوم ـ بررسی دو بخش گزینهٔ اول

عدد جرمی برابر مجموع شمار پروتون‌ها و نوترون‌هاست. برای کرومِ داده‌شده داریم:

$A_{\text{جرمی}}=Z+N=24+28=52$

پس بخش نخست درست است.

عنصرهای بین تیتانیم با عدد اتمی $22$ و گالیم با عدد اتمی $31$ عبارت‌اند از:

$\mathrm{V,\ Cr,\ Mn,\ Fe,\ Co,\ Ni,\ Cu,\ Zn}$

شمار آن‌ها برابر است با:

$31-22-1=8$

همهٔ این عنصرها فلزند؛ بنابراین بخش دوم نیز درست است. توجه کنید که خود تیتانیم و گالیم در شمارش «میان دو عنصر» وارد نمی‌شوند. جای‌گیری عمدهٔ فلزها در سمت چپ و مرکز جدول تناوبی نیز در کتاب بیان شده است (شیمی ۲، صفحهٔ ۹).

گام سوم ـ بررسی علت نادرستی گزینه‌های دیگر

گزینهٔ دوم: شعاع تیتانیم از گالیم بزرگ‌تر است؛ اما اختلاف شمار نوترون‌ها و پروتون‌های برم برابر $45-35=10$ است، نه $12$. پس این گزینه نادرست است.

گزینهٔ سوم: وجود یون‌های $\mathrm{Cr^{3+}}$ و $\mathrm{Ga^{3+}}$ درست است؛ اما واکنش برم با هیدروژن به گرم‌کردن نیاز دارد، بنابراین بخش دوم گزینه درست نیست.

گزینهٔ چهارم: کروم به‌جای آرایش مورد انتظارِ $[\mathrm{Ar}]\,3d^4\,4s^2$، آرایش $[\mathrm{Ar}]\,3d^5\,4s^1$ دارد؛ پس بخش نخست درست است. بااین‌حال، عدد کوانتومی $l=1$ مربوط به زیرلایهٔ $p$ است. در برم و تیتانیم داریم:

$\mathrm{Br}:\quad 2p^6+3p^6+4p^6\ \Rightarrow\ 18\text{ الکترون}$

$\mathrm{Ti}:\quad 2p^6+3p^6\ \Rightarrow\ 12\text{ الکترون}$

پس شمار این الکترون‌ها برابر نیست و گزینهٔ چهارم نیز رد می‌شود.

پاسخ: گزینهٔ ۱