سوال ۷۸ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۴ نوبت دوم با پاسخ تشریحی

صورت سؤال، عبارت نادرست را می‌خواهد؛ بنابراین باید امکان هر یک از حالت‌های مطرح‌شده را بررسی کنیم.

گام اول: تعیین شکل کلی آرایش الکترونی

طبق ترتیب پرشدن زیرلایه‌ها، دوازده الکترونِ $p$ در دو زیرلایهٔ پرِ $2p^6$ و $3p^6$ قرار دارند. پس اتم، هستهٔ الکترونی آرگون را دارد و هنوز زیرلایهٔ $4p$ آن اشغال نشده است. با توجه به شرط بیرونی‌ترین زیرلایه، آرایش آن را می‌توان به شکل زیر نوشت:

$\mathrm{[Ar]}\,3d^m4s^2$

در این نمایش، $m$ می‌تواند صفر نیز باشد؛ بنابراین کلسیم هم یکی از حالت‌های ممکن است و نباید از ابتدا همهٔ عنصرهای ممکن را فلز واسطه فرض کنیم. این نتیجه از ترتیب پرشدن زیرلایه‌ها به دست می‌آید (شیمی ۱، صفحهٔ ۳۰–۳۱).

گام دوم: شمارش الکترون‌های موردنظر

عدد کوانتومی $l=0$ مربوط به زیرلایه‌های $s$ و $l=2$ مربوط به زیرلایه‌های $d$ است. در اتم موردنظر، زیرلایه‌های $s$ عبارت‌اند از:

$1s^2,\;2s^2,\;3s^2,\;4s^2$

بنابراین:

$N_{l=0}=2+2+2+2=8$

از سوی دیگر، تنها زیرلایهٔ اشغال‌شدهٔ نوع $d$ می‌تواند $3d$ باشد؛ پس:

$N_{l=2}=m$

گام سوم: بررسی گزینه‌ها

گزینهٔ ۱ درست است. آهن با آرایش $\mathrm{[Ar]}\,3d^64s^2$ شرایط سؤال را دارد. محلول نمک‌های آن با عددهای اکسایش $+2$ و $+3$ می‌تواند رنگی باشد. چون عبارت از «می‌تواند» استفاده کرده است، وجود همین نمونه برای درستی آن کافی است.

گزینهٔ ۲ درست است. برای برابری دو شمارش باید داشته باشیم:

$m=8$

نیکل با آرایش $\mathrm{[Ar]}\,3d^84s^2$ این شرط را برآورده می‌کند؛ در اتم آن، شمار الکترون‌های $s$ و $d$ برابر است.

گزینهٔ ۳ درست است. آهن می‌تواند ترکیب‌های $\mathrm{FeCl_2}$ و $\mathrm{FeCl_3}$ را تشکیل دهد. وجود $4s^2$ به معنای محدودبودن عدد اکسایش به $+2$ نیست؛ در عنصرهای دستهٔ $d$ دورهٔ چهارم، الکترون‌های $3d$ نیز همراه با الکترون‌های $4s$ جزو الکترون‌های ظرفیت محسوب می‌شوند (شیمی ۱، صفحهٔ ۳۲–۳۳).

گزینهٔ ۴ نادرست است. برای برقرارشدن رابطهٔ دوبرابری باید:

$N_{l=0}=2N_{l=2}\;\Rightarrow\;8=2m\;\Rightarrow\;m=4$

در نگاه اول، آرایش $\mathrm{[Ar]}\,3d^44s^2$ به دست می‌آید؛ اما این آرایش واقعی اتم کروم نیست. آرایش واقعی کروم به صورت زیر است:

$\mathrm{Cr}:\;\mathrm{[Ar]}\,3d^54s^1$

پس کروم اصلاً شرط بیرونی‌ترین زیرلایهٔ $ns^2$ را ندارد. این همان دام سؤال است: قاعدهٔ آفبا برای برخی اتم‌ها استثنا دارد و باید آرایش واقعی آن‌ها را در نظر گرفت (شیمی ۱، صفحهٔ ۳۲–۳۳). بنابراین رابطهٔ گزینهٔ چهارم برای هیچ‌یک از اتم‌های واجد شرایط برقرار نمی‌شود.

پاسخ: گزینهٔ ۴