سوال ۷۹ شیمی کنکور ریاضی ۱۴۰۵ با پاسخ تشریحی

ابتدا آنیون هر ترکیب را مشخص می‌کنیم:

$\mathrm{KCN\longrightarrow CN^-}$، $\mathrm{LiOH\longrightarrow OH^-}$، $\mathrm{CaSO_4\longrightarrow SO_4^{2-}}$ و $\mathrm{Na_3PO_4\longrightarrow PO_4^{3-}}$.

در رسم ساختار لوویس، مجموع الکترون‌های پیوندی و ناپیوندی باید با شمار کل الکترون‌های ظرفیت برابر باشد. همچنین در الگوی هشت‌تایی کتاب، اتم‌ها به هشت الکترون و هیدروژن به دو الکترون می‌رسند (شیمی ۱، صفحه‌های ۵۷–۵۸). برای آنیون‌ها، به‌ازای هر واحد بار منفی، یک الکترون به مجموع الکترون‌های ظرفیت اضافه می‌کنیم.

گام اول: آنیون سیانید

شمار الکترون‌های ظرفیت $\mathrm{CN^-}$ برابر است با:

$4+5+1=10$

ساختار آن به‌صورت $[\mathrm{:C\equiv N:}]^-$ است؛ یعنی میان کربن و نیتروژن یک پیوند سه‌گانه وجود دارد و روی هر اتم یک جفت‌الکترون ناپیوندی قرار می‌گیرد. پس:

$N_{\text{پیوندی}}=3$، $N_{\text{ناپیوندی}}=2$، $r=\frac{3}{2}$.

گام دوم: آنیون هیدروکسید

شمار الکترون‌های ظرفیت $\mathrm{OH^-}$ برابر است با:

$6+1+1=8$

یک پیوند یگانه میان اکسیژن و هیدروژن تشکیل می‌شود و شش الکترون باقی‌مانده، سه جفت ناپیوندی روی اکسیژن می‌سازند. بنابراین:

$r=\frac{1}{3}$.

گام سوم: آنیون سولفات

شمار الکترون‌های ظرفیت $\mathrm{SO_4^{2-}}$ برابر است با:

$6+4\times6+2=32$

مطابق الگوی هشت‌تایی کتاب، گوگرد مرکزی با چهار پیوند یگانه به چهار اکسیژن متصل می‌شود. چهار جفت پیوندی داریم و روی هر اکسیژن سه جفت ناپیوندی قرار می‌گیرد؛ گوگرد جفت ناپیوندی ندارد. پس:

$r=\frac{4}{4\times3}=\frac{4}{12}=\frac{1}{3}$.

گام چهارم: آنیون فسفات

شمار الکترون‌های ظرفیت $\mathrm{PO_4^{3-}}$ نیز برابر است با:

$5+4\times6+3=32$

در ساختار مبتنی بر قاعدۀ هشت‌تایی، فسفر مرکزی چهار پیوند یگانه با اکسیژن‌ها دارد و هر اکسیژن دارای سه جفت ناپیوندی است. بنابراین:

$r=\frac{4}{12}=\frac{1}{3}$.

مقایسۀ نهایی:

$\frac{3}{2}>\frac{1}{3}$

پس آنیون سیانید در ترکیب $\mathrm{KCN}$ بیشترین نسبت جفت‌الکترون‌های پیوندی به ناپیوندی را دارد. دقت کنید که پیوند سه‌گانه را باید سه جفت پیوندی شمرد و جفت‌های ناپیوندیِ همۀ اتم‌های آنیون را در مخرج قرار داد.

پاسخ: گزینهٔ ۱