سوال ۲۱۵ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۱ با پاسخ تشریحی

برای هر عبارت باید بررسی کنیم آیا مقدار آن در یک مولکول اوزون، $\mathrm{O_3}$، از یک مولکول اکسیژن، $\mathrm{O_2}$، بیشتر است یا نه.

گام اول: مقایسۀ الکترون‌های پیوندی و ناپیوندی
طبق روش رسم ساختار لوویس، مجموع الکترون‌های پیوندی و ناپیوندی باید با مجموع الکترون‌های ظرفیت اتم‌های مولکول برابر باشد (شیمی ۱، صفحهٔ ۵۷–۵۸). هر اتم اکسیژن $6$ الکترون ظرفیت دارد.

در مولکول اکسیژن، ساختار $\mathrm{O=O}$ دارای یک پیوند دوگانه، یعنی $4$ الکترون پیوندی است. بنابراین:
$N_{\text{ناپیوندی}}(\mathrm{O_2})=2\times6-4=8$

در ساختار لوویس اوزون، یک پیوند یگانه و یک پیوند دوگانه داریم؛ یعنی در مجموع سه جفت الکترون پیوندی. کتاب نیز وجود سه پیوند اشتراکی در اوزون را بیان می‌کند (شیمی ۱، صفحهٔ ۷۴). پس شمار الکترون‌های پیوندی آن $6$ و شمار الکترون‌های ناپیوندی آن برابر است با:
$N_{\text{ناپیوندی}}(\mathrm{O_3})=3\times6-6=12$

بنابراین هم شمار الکترون‌های ناپیوندی، با مقایسۀ $12>8$، و هم شمار الکترون‌های پیوندی، با مقایسۀ $6>4$، در اوزون بیشتر است. دو عبارت نخست درست‌اند.

گام دوم: مقایسۀ پایداری و واکنش‌پذیری
اوزون نسبت به اکسیژن کم‌پایدارتر است؛ پس عبارت «پایداری مولکول اوزون در مقایسه با مولکول اکسیژن بیشتر است» نادرست است. در مقابل، اوزون واکنش‌پذیری بیشتری دارد؛ کتاب این ویژگی را صریحاً بیان کرده و کاربرد آن در گندزدایی را نیز مطرح می‌کند (شیمی ۱، صفحهٔ ۷۳–۷۴). بنابراین عبارت پایداری نادرست و عبارت واکنش‌پذیری درست است.

گام سوم: مقایسۀ گشتاور دوقطبی
مولکول اکسیژن دو اتم یکسان دارد و توزیع بار آن متقارن است؛ در نتیجه گشتاور دوقطبی آن صفر است. اما مولکول اوزون ساختاری خمیده و توزیع بار نامتقارن دارد و قطبی است؛ بنابراین:
$\mu(\mathrm{O_3})>\mu(\mathrm{O_2})=0$
پس عبارت گشتاور دوقطبی نیز درست است. توجه کنید که ساخته‌شدن مولکول از اتم‌های یک عنصر، به‌تنهایی به معنای ناقطبی‌بودن آن نیست.

در نتیجه، به‌جز «پایداری»، چهار عبارت دیگر مفهوم علمی درستی دارند.

پاسخ: گزینهٔ ۳