سوال ۱۰۵ · شیمی
کنکور تجربی ۱۴۰۴ نوبت دوم · سوال ۱۰۵ · کلید رسمی سازمان سنجش
شیمی · شیمی ۳ · فصل ۲: آسایش و رفاه در سایهٔ شیمی
در کدام ترکیب، عدد اکسایش ۵ اتم کربن یکسان، و مجموع عدد اکسایش اتمهای کربن دیگر، برابر +۱ است؟
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۱ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
برای پاسخ، باید عدد اکسایش تکتک کربنها را تعیین کنیم. کاربرد عدد اکسایش در تشخیص اکسایش و کاهش در خود را بیازمایید کتاب مطرح شده است (شیمی ۳، صفحهٔ ۵۳–۵۴).
گام اول: قاعدهٔ محاسبه برای کربن
با توجه به الکترونگاتیوی بیشتر اکسیژن از کربن و کربن از هیدروژن:
- هر پیوند برای کربن سهم دارد.
- هر پیوند یگانهٔ سهم و پیوند دوگانهٔ سهم دارد.
- پیوندهای کربن با کربن، مستقل از مرتبهٔ پیوند، سهم دارند.
گام دوم: بررسی بنزآلدهید
ساختار فشردهٔ بنزآلدهید است. در حلقهٔ آن، پنج کربن هرکدام به یک هیدروژن متصلاند و سایر پیوندهایشان با کربن است؛ پس عدد اکسایش هرکدام است. بنابراین شرط یکسانبودن عدد اکسایش پنج کربن برقرار است.
گام سوم: محاسبه برای دو کربن دیگر
کربن حلقه که به گروه آلدهید متصل است، فقط با کربنها پیوند دارد؛ بنابراین عدد اکسایش آن است.
کربن گروه آلدهید، یک پیوند دوگانه با اکسیژن، یک پیوند با هیدروژن و یک پیوند با کربن دارد؛ پس:
در نتیجه، مجموع عدد اکسایش دو کربن باقیمانده برابر است با:
پس بنزآلدهید هر دو شرط سؤال را دارد: پنج کربن با عدد اکسایش یکسان و مجموع عدد اکسایش سایر کربنها برابر با مقدار خواستهشده.
پاسخ: گزینهٔ ۱
چرا گزینههای دیگر نادرستاند
- گزینهٔ ۲: بنزوئیکاسید نیز پنج کربن حلقه با عدد اکسایش یکسان دارد و به همین دلیل ممکن است انتخاب شود؛ اما کربن گروه کربوکسیل عدد اکسایش دارد و مجموع عدد اکسایش دو کربن باقیمانده است.
- گزینهٔ ۳: ممکن است همهٔ کربنهای غیرکربونیل در هپتانون همارز فرض شوند؛ درحالیکه کربنهای متیل و متیلن بهترتیب عدد اکسایش و دارند. هپتانون زنجیری دارای دو کربن متیل، چهار کربن متیلن و یک کربن کربونیل است؛ پس پنج کربن با عدد اکسایش یکسان ندارد.
- گزینهٔ ۴: ممکن است با نادیدهگرفتن اثر اتصال مستقیم به اکسیژن، کربنهای غیرکربونیل اتیل بوتانوات یکسان در نظر گرفته شوند. عددهای اکسایش کربنهای آن، بهترتیب در ساختار فشرده، است؛ بنابراین شرط پنج کربن با عدد اکسایش یکسان برقرار نیست.
راهنمایی قدمبهقدم (پیش از دیدن پاسخ)
- روش تعیین عدد اکسایش را مرور کن؛ در ترکیبهای آلی باید پیوندهای هر اتم کربن را جداگانه بررسی کنی، نه اینکه فقط میانگین عدد اکسایش کربنها را به دست آوری.
- پیوند کربن با کربن سهمی در عدد اکسایش ندارد؛ هر پیوند کربن با هیدروژن سهم منفی و هر پیوند کربن با اکسیژن سهم مثبت دارد. ابتدا ترکیبهایی را بررسی کن که حلقهٔ بنزنی تکجانشینشده دارند.
- در حلقهٔ بنزنی تکجانشینشده، پنج کربنِ متصل به هیدروژن عدد اکسایش یکسان دارند. برای بررسی شرط دوم، عدد اکسایش کربنِ محل اتصال جانشین را با کربن گروه آلدهید یا کربوکسیل جمع کن؛ مرتبهٔ پیوند با اکسیژن را فراموش نکن.