سوال ۸۳ · شیمی
کنکور تجربی ۱۴۰۴ نوبت دوم · سوال ۸۳ · کلید رسمی سازمان سنجش
شیمی · شیمی ۱ · فصل ۳: آب، آهنگ زندگی
دربارۀ ویژگی‌های مولکول‌های آمونیاک، کلروفرم، دی‌متیل‌اتر و هگزان، کدام موارد زیر درست است؟
الف ـ گشتاور دوقطبی تنها یک مولکول، برابر صفر است.
ب ـ در دمای اتاق، حالت فیزیکی تنها دو ماده، مایع است.
ج ـ اتم‌های جانبی در مولکول‌های آمونیاک و کلروفرم، بار جزئی منفی دارند.
د ـ در یک مولکول، قوی‌ترین نیروی جاذبۀ بین مولکولی، به وجود هیدروژن در ساختار آن وابسته است.
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۳ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
برای بررسی عبارت‌ها باید چهار ویژگی را از یکدیگر جدا کنیم: مقدار گشتاور دوقطبی، حالت فیزیکی، علامت بار جزئی اتم‌ها و نوع نیروی بین‌مولکولی.
۱. عبارت «الف»: نادرست
آمونیاک، ، کلروفرم، ، و دی‌متیل‌اتر، ، مولکول‌هایی قطبی‌اند و گشتاور دوقطبی غیرصفر دارند. در این مولکول‌ها اثر دوقطبی پیوندها کاملاً خنثی نمی‌شود.
نکتۀ تعیین‌کننده، هگزان با فرمول است: کتاب برای آن آورده است، نه . هگزان در بررسی‌های معمول ناقطبی در نظر گرفته می‌شود، اما گشتاور بسیار کوچک آن را نباید با صفر دقیق یکسان گرفت؛ پس عبارت «تنها یک مولکول، گشتاور دوقطبی برابر صفر دارد» درست نیست. (شیمی ۱، صفحهٔ ۱۱۱)
۲. عبارت «ب»: درست
در دمای اتاق و فشار معمول، حالت فیزیکی این مواد چنین است:
- آمونیاک: گاز؛
- کلروفرم: مایع؛
- دی‌متیل‌اتر: گاز؛
- هگزان: مایع.
بنابراین فقط دو ماده مایع‌اند. توجه کنیم که حالت فیزیکی را نمی‌توان فقط از قطبی یا ناقطبی بودن نتیجه گرفت؛ جرم مولکول و نیروهای بین‌مولکولی نیز مؤثرند. (شیمی ۱، صفحه‌های ۱۰۵–۱۰۶)
۳. عبارت «ج»: نادرست
در آمونیاک، نیتروژن از هیدروژن الکترونگاتیوتر است؛ بنابراین نیتروژن بار جزئی منفی و هیدروژن‌های جانبی بار جزئی مثبت دارند:
پس همین بخش برای رد عبارت کافی است.
در کلروفرم نیز اتم‌های جانبی شامل سه اتم کلر و یک اتم هیدروژن‌اند؛ کلرها بار جزئی منفی دارند، اما هیدروژن دارای بار جزئی مثبت است. بنابراین اتم‌های جانبی این مولکول هم همگی منفی نیستند. این تعیین علامت، بر همان مبنایی است که کتاب برای سرِ منفی و سرِ مثبت مولکول آب توضیح می‌دهد. (شیمی ۱، صفحهٔ ۱۰۴)
۴. عبارت «د»: درست
منظور، بررسی جاذبه میان مولکول‌های هر یک از مواد خالص است. برای تشکیل پیوند هیدروژنی، صرف وجود هیدروژن کافی نیست؛ هیدروژن باید مستقیماً به اتمی مانند نیتروژن، اکسیژن یا فلوئور متصل باشد و در مولکول مجاور نیز اتم مناسب برای برقراری این جاذبه وجود داشته باشد.
در آمونیاک، پیوندهای و جفت‌الکترون ناپیوندی نیتروژن، امکان تشکیل پیوند هیدروژنی میان مولکول‌ها را فراهم می‌کنند. این جاذبه، قوی‌ترین نوع نیروی بین‌مولکولی آمونیاک است و وجود هیدروژن در تشکیل آن نقش اساسی دارد. کتاب نیز نقش کلیدی هیدروژن در این نوع جاذبه را توضیح می‌دهد. (شیمی ۱، صفحه‌های ۱۰۶–۱۰۷)
در سه مادۀ دیگر، هیدروژن‌ها به کربن متصل‌اند؛ بنابراین میان مولکول‌های خالص آن‌ها پیوند هیدروژنی متعارف تشکیل نمی‌شود. به‌ویژه دی‌متیل‌اتر با وجود داشتن اکسیژن، پیوند ندارد.
در نتیجه، عبارت‌های «ب» و «د» درست‌اند.
پاسخ: گزینهٔ ۳
چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند
- گزینهٔ ۱: این انتخاب از یکی دانستن «گشتاور دوقطبی نزدیک به صفر» و «گشتاور دوقطبی دقیقاً صفر» ناشی می‌شود. عبارت «ب» درست است، اما کتاب برای هگزان گشتاور دوقطبی تقریباً صفر گزارش کرده است؛ بنابراین «الف» نادرست است.
- گزینهٔ ۲: ممکن است هگزان را دارای گشتاور دقیقاً صفر و همۀ اتم‌های جانبی دو مولکول را دارای بار جزئی منفی فرض کنید. هر دو برداشت نادرست‌اند؛ به‌ویژه هیدروژن‌های آمونیاک بار جزئی مثبت دارند و اتم‌های جانبی کلروفرم نیز همگی هم‌علامت نیستند.
- گزینهٔ ۴: درست تشخیص دادن نقش هیدروژن در پیوند هیدروژنی آمونیاک، همراه با اشتباه در تعیین علامت بارهای جزئی، می‌تواند به این انتخاب منجر شود. عبارت «د» درست است، اما «ج» به‌دلیل مثبت بودن بار جزئی هیدروژن‌های آمونیاک نادرست است.
راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)
- برای هر ماده، قطبیت، حالت فیزیکی در دمای اتاق و امکان تشکیل پیوند هیدروژنی میان مولکول‌های خودش را بررسی کن. در جدول صفحۀ ۱۱۱ نیز به تفاوت نماد «تقریباً برابر» و «برابر» دقت کن.
- برای تعیین بار جزئی، الکترونگاتیوی اتم‌های دو سر پیوند را مقایسه کن؛ اتم الکترونگاتیوتر بار جزئی منفی می‌گیرد. همچنین قطبی بودن یک ماده، به‌تنهایی مایع بودن آن در دمای اتاق را تضمین نمی‌کند.
- در بررسی پیوند هیدروژنی، میان هیدروژن متصل به نیتروژن و هیدروژن متصل به کربن تفاوت بگذار. برای بررسی حالت فیزیکی نیز آمونیاک و دی‌متیل‌اتر را جدا از کلروفرم و هگزان دسته‌بندی کن.