سوال ۲۱۴ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۱ با پاسخ تشریحی

ابتدا عنصر را شناسایی می‌کنیم و سپس چهار عبارت را بررسی می‌کنیم.

۱. تعیین آرایش الکترونی عنصر

عددهای کوانتومی $n=3$ و $l=2$، زیرلایهٔ $3d$ را مشخص می‌کنند؛ بنابراین اتم موردنظر دارای $3d^{10}$ است.

از طرف دیگر، $l=0$ مربوط به زیرلایه‌های $s$ است. زیرلایه‌های پرِ $1s$، $2s$ و $3s$ در مجموع شش الکترون دارند؛ پس از هفت الکترونِ نوع $s$، یک الکترون در $4s$ قرار دارد:

$N_s=2+2+2+1=7$

بنابراین آرایش الکترونی اتم چنین است:

$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^{10}\,4s^1=[\mathrm{Ar}]\,3d^{10}\,4s^1$

شمار کل الکترون‌ها برابر است با:

$Z=18+10+1=29$

پس عنصر موردنظر، مس با نماد $\mathrm{Cu}$ است. توجه کنید که آرایش واقعی مس از موارد استثنای قاعدهٔ آفباست؛ کتاب نیز تأکید می‌کند که این قاعده برای همهٔ عنصرها آرایش درست را پیش‌بینی نمی‌کند (شیمی ۱، صفحهٔ ۳۲).

۲. بررسی عبارت اول: نادرست

مس در گروه $11$ قرار دارد، نه گروه $9$. برای این عنصرِ دستهٔ $d$، مجموع الکترون‌های $3d$ و $4s$ نیز شمارهٔ گروه را نشان می‌دهد:

$10+1=11$

تعیین گروه و دوره از روی آرایش الکترونی، در شیمی ۱، صفحهٔ ۳۴ بررسی شده است.

۳. بررسی عبارت دوم: درست

بزرگ‌ترین عدد کوانتومی اصلی در آرایش مس، $n=4$ است؛ پس مس در دورهٔ چهارم قرار دارد. همچنین مس از فلزهای واسطهٔ دستهٔ $d$ است؛ وجود زیرلایهٔ بیرونیِ $4s^1$ به معنای تعلق آن به دستهٔ $s$ نیست (شیمی ۱، صفحهٔ ۳۴).

۴. بررسی عبارت سوم: درست

الکترون‌های دارای $l=1$ همان الکترون‌های زیرلایه‌های $p$ هستند. در اتم مس داریم:

$N_p(\mathrm{Cu})=2p^6+3p^6\ \Rightarrow\ 6+6=12$

آرایش الکترونی تیتانیم با عدد اتمی $22$ نیز چنین است:

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

بنابراین تیتانیم نیز فقط در زیرلایه‌های $2p$ و $3p$ الکترون دارد و شمار الکترون‌های نوع $p$ آن برابر است با:

$N_p(\mathrm{Ti})=6+6=12$

پس شمار این الکترون‌ها در دو اتم برابر است.

۵. بررسی عبارت چهارم: درست

آخرین زیرلایهٔ اشغال‌شده در نمایش لایه‌ای آرایش مس، یعنی زیرلایهٔ بیرونیِ $4s$، یک الکترون دارد.

عنصر با عدد اتمی $21$، اسکاندیم است و آرایش آن به‌صورت زیر نوشته می‌شود:

$\mathrm{Sc}:[\mathrm{Ar}]\,3d^1\,4s^2$

طبق کتاب، در عنصرهای دستهٔ $d$ دورهٔ چهارم، الکترون‌های ظرفیت شامل الکترون‌های هر دو زیرلایهٔ $4s$ و $3d$ هستند؛ پس اسکاندیم سه الکترون ظرفیت دارد، نه دو الکترون (شیمی ۱، صفحه‌های ۳۲–۳۳).

$N_{\text{ظرفیت}}(\mathrm{Sc})=1+2=3$

در نتیجه:

$\frac{1}{3}\times3=1$

این مقدار با شمار الکترون‌های زیرلایهٔ $4s$ مس برابر است؛ بنابراین عبارت چهارم نیز درست است.

در مجموع، عبارت‌های دوم، سوم و چهارم درست‌اند؛ یعنی سه مورد درست است.

پاسخ: گزینهٔ ۲