سوال ۱۰۹ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۵ با پاسخ تشریحی

۱. شمار پروتون‌ها، نوترون‌ها و الکترون‌های یون را به‌ترتیب با $p$، $n$ و $e$ نشان می‌دهیم. عدد جرمی، مجموع شمار پروتون‌ها و نوترون‌هاست؛ بنابراین برای این ایزوتوپ داریم (شیمی ۱، صفحهٔ ۵):

$p+n=31\quad\Rightarrow\quad n=31-p$

۲. بار $3-$ یعنی یون سه الکترون بیشتر از پروتون‌هایش دارد؛ پس:

$e=p+3$

در تبدیل اتم به یون، شمار پروتون‌ها و نوترون‌ها تغییر نمی‌کند.

۳. چون صورت سؤال فقط «تفاوت» شمار نوترون‌ها و الکترون‌ها را داده، بدون تعیین اینکه کدام بیشتر است، می‌نویسیم:

$|n-e|=2$

با جای‌گذاری روابط بالا:

$|(31-p)-(p+3)|=2\quad\Rightarrow\quad |28-2p|=2$

دو حالت به دست می‌آید:

حالت اول:

$28-2p=2\quad\Rightarrow\quad p=13$

در این حالت، عنصر آلومینیم است؛ اما یون پایدار شناخته‌شدهٔ آن $\mathrm{Al^{3+}}$ است، نه آنیون $\mathrm{Al^{3-}}$. پس این حالت با قید «یون پایدار» سازگار نیست (شیمی ۱، صفحهٔ ۳۷).

حالت دوم:

$28-2p=-2\quad\Rightarrow\quad p=15$

این عنصر فسفر است و یون $\mathrm{P^{3-}}$ در جدول یون‌های شناخته‌شده آمده است؛ بنابراین این حالت پذیرفتنی است (شیمی ۱، صفحهٔ ۳۷).

۴. اکنون شمار نوترون‌ها و اختلاف خواسته‌شده را حساب می‌کنیم:

$n=31-15=16$

$|p-n|=|15-16|=1$

پس تفاوت شمار پروتون‌ها و نوترون‌ها در اتم این عنصر، یک است.

پاسخ: گزینهٔ ۱