سوال 77 دفترچه (سوال 2 شیمی) رشته ریاضی، تیر 1403

مجموع اعداد کوانتومی اصلی و فرعی الکترون‌های ظرفیت کدام اتم برابر ۳۳ است؟

1) فلزی که کاتیون آن در سنگ آهک وجود دارد.

۲) یکی از عنصرهای گروه ۱۴ جدول تناوبی که رسانای الکتریکی کمی دارد.

۳) هالوژنی که مولکول آن تنها در دمای بالاتر از ۴۷۳ با هیدروژن واکنش می‌دهد.

۴) یکی از عنصرهای دوره چهارم جدول تناوبی که آرایش الکترونی

پاسخ تشریحی:

عدد کوانتومی اصلی یا n که همان شماره لایه است و عدد کوانتومی فرعی یا l به صورت زیر می‌باشد:

حال برویم سراغ گزینه‌ها:

فلزی که کاتیون آن در سنگ آهک وجود دارد:

کلسیم (Ca)

آرایش الکترونی:

₂₀Ca: [Ar] 4s²

الکترون‌های ظرفیت: 4s²

مجموع اعداد کوانتومی برای 4s :

n+l=4+0=4

تعداد الکترون‌ها: 2تا، پس مجموع اعداد کوانتومی برای تمام الکترون‌های آن:

2×4=8

نتیجه: گزینه صحیح نیست.

یکی از عنصرهای گروه ۱۴ جدول تناوبی که رسانای الکتریکی کمی دارد

ژرمانیم (Ge) و سیلیسم، ولی چون ژرمانیم اعداد کوانتومی بزرگتری دارد و سوال خواسته که مجموع آنها 33 باشد ابتدا ژرمانیم را بررسی می‌کنیم، که اگر کمتر از 33 شد نتیجه بگیریم سیلسیم هم نمی‌تواند پاسخ سوال باشد.

آرایش الکترونی:

₃₂Ge: [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p²

الکترون‌های ظرفیت: 4s² 4p²

مجموع اعداد کوانتومی برای 4s:

n+l=4+0=4

تعداد الکترون‌ها: 2تا، پس مجموع اعداد کوانتومی برای 2تا الکترون‌های 4s² :

2×4=8

مجموع اعداد کوانتومی برای 4p :

n+l=4+1=5

تعداد الکترون‌ها: 2تا، پس مجموع اعداد کوانتومی برای 2تا الکترون‌های 4p² :

2×5=10

جمع: 18=10+8

نتیجه: گزینه صحیح نیست.

هالوژنی که مولکول آن تنها در دمای بالاتر از ۴۷۳ درجه سانتی‌گراد با هیدروژن واکنش می‌دهد

برم (Br)

آرایش الکترونی:

[Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁵

الکترون‌های ظرفیت: 4s² 4p⁵

مجموع اعداد کوانتومی برای 4s:

n+l=4+0=4

تعداد الکترون‌ها: 2تا، پس مجموع اعداد کوانتومی برای 2تا الکترون‌های 4s² :

2×4=8

مجموع اعداد کوانتومی برای 4p :

n+l=4+1=5

تعداد الکترون‌ها: 2تا، پس مجموع اعداد کوانتومی برای 2تا الکترون‌های 4p⁵ :

5×5=25

جمع: 33=25+8

نتیجه: گزینه صحیح است.

یکی از عنصرهای دوره چهارم جدول تناوبی که آرایش الکترونی آن از قاعده آفبا پیروی نمی‌کند:

کروم (Cr) یا مس (Cu)

آرایش الکترونی Cr:

[Ar] 4s¹ 3d⁵

الکترون‌های ظرفیت: 4s¹ 3d⁵

مجموع اعداد کوانتومی برای 4s:

n+l=4+0=4

تعداد الکترون‌ها: 1، پس مجموع اعداد کوانتومی برای یکی الکترون‌ 4s¹ :

1×4=4

مجموع اعداد کوانتومی برای 3d:

n+l=3+2=5

تعداد الکترون‌ها: 5تا، پس مجموع اعداد کوانتومی برای 5تا الکترون‌ 3d⁵ :

5×5=25

جمع: 29=25+4

همچنین این عدد برای مس (Cu) مطابق محاسبات بالا برابر با 54 خواهد بود.

نتیجه: گزینه صحیح نیست.

پاسخ: گزینه ۳ (برم) با مجموع اعداد کوانتومی الکترون‌های ظرفیت برابر با ۳۳، گزینه صحیح است.

پیش نیازهای لازم برای پاسخ به سوال:

• اشراف بر متون کتاب درسی
• احاطه بر نوشتن آرایش الکترونی
• احاطه بر الکترون‌های لایه ظرفیت
• آشنایی با اعداد کوانتومی

تحلیل سوال:

• تمرکز طراح این سوال اهمیت متن‌های کتاب درسی بوده که از ادغام آنها با بحث آرایش الکترونی این سوال را طرح کرده است.

بخش زیبای سوال:

• طراح سوال به شکل قابل قبولی مطالب حفظی کتاب‌های درسی را با قسمت تحلیلی شیمی گره زده بود.

بخش دوست نداشتنی سوال:

• زمان زیادی لازم داشت.
• بخش حفظی زیادی داشت.