Zadanie 1 — rozwiązanie, matura chemii maj 2023, PR

Treść zadania

O dwóch pierwiastkach umownie oznaczonych literami A i X wiadomo, że:

należą do tego samego bloku konfiguracyjnego
liczba masowa jednego z izotopów pierwiastka A jest dwa razy większa od jego liczby atomowej i jest równa liczbie atomowej niklu
suma elektronów, neutronów i protonów w atomie jednego z izotopów pierwiastka X jest równa 114, a liczba nukleonów jest równa 79.

Zadanie 1.1. (0–1)

Uzupełnij tabelę. Wpisz symbol pierwiastka A i symbol pierwiastka X oraz symbol bloku konfiguracyjnego, do którego należą te pierwiastki.

	Symbol pierwiastka	Symbol bloku konfiguracyjnego
Pierwiastek A
Pierwiastek X

Zadanie 1.2. (0–1)

Napisz fragment konfiguracji elektronowej atomu A (w stanie podstawowym) opisujący rozmieszczenie elektronów walencyjnych na podpowłokach. Zastosuj graficzny zapis konfiguracji elektronowej. W tym zapisie uwzględnij numer powłoki i symbole podpowłok.

Zadanie 1.3. (0–1)

Wpisz do tabeli wartości liczb kwantowych opisujących stan energetyczny niesparowanego elektronu walencyjnego atomu X (w stanie podstawowym).

Liczby kwantowe	Główna liczba kwantowa $n$	Poboczna liczba kwantowa $l$
Wartości liczb kwantowych

Źródło: arkusz CKE MCHP-R0-100-2305. Otwórz oryginalny PDF

Rozwiązanie

Identyfikacja A: Z(Ni) = 28. A = 2Z → liczba masowa izotopu A wynosi 28 → 2Z = 28 → Z = 14 → krzem (Si). Konfiguracja: $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{2}$ — blok p.

Identyfikacja X: e + n + p = 114, A = n + p = 79. W atomie obojętnym e = p = Z. Zatem Z + 79 = 114 → Z = 35 → brom (Br). Konfiguracja: $[Ar] 3 d^{10} 4 s^{2} 4 p^{5}$ — blok p.

1.1.

	Symbol	Blok
A	Si	p
X	Br	p

1.2. Konfiguracja walencyjna Si (3s² 3p²) — zapis klatkowy:

$3 s [↑↓] 3 p [↑] [↑] []$

Dwa niesparowane elektrony w 3p (reguła Hunda).

1.3. Niesparowany elektron walencyjny Br jest w podpowłoce 4p (konfiguracja 4s² 4p⁵, jeden niesparowany).

Liczby kwantowe	$n$	$l$
Wartość	4	1

Typowy błąd / pułapka

Identyfikacja A: "liczba masowa równa liczbie atomowej niklu" → A = Z(Ni) = 28, a NIE Z(A) = 28. Stąd Z(A) = 14 (Si), nie 28 (Ni).
Krzem ma 2 niesparowane elektrony w 3p (reguła Hunda — najpierw po jednym na orbital).
Liczby kwantowe Br: $n = 4$ (powłoka 4, nie 3), $l = 1$ (podpowłoka p, nie d — choć Br jest w 4. okresie i ma wypełnione 3d, walencja jest w 4p).

Strona arkusza CKE z trescia zadania

Zadanie 1 - chemia 2023 PR — Strona 4 arkusza CKE 2023 PR chemia - zadanie 1 (pierwiastki A i X, konfiguracja, liczby kwantowe). Na podstawie: CKE 2023 Oryginalny PDF CKE, str. 4

Klucz pojęciowy

Notacja izotopowa: $_{Z}^{A} E$ , gdzie A = liczba masowa (n + p), Z = liczba atomowa (p).

Liczby kwantowe:

$n$ — główna (1, 2, 3, …) — numer powłoki
$l$ — poboczna (0, …, n-1) — kształt podpowłoki: s=0, p=1, d=2, f=3
$m_{l}$ — magnetyczna (-l, …, +l) — orientacja orbitalu
$m_{s}$ — spinowa (+½, -½)

Reguła Hunda: w podpowłoce najpierw obsadzamy każdy orbital po jednym elektronie (równoległe spiny), potem parujemy.

Po co to umieć

Konfiguracja elektronowa pozwala przewidzieć:

Reaktywność (ile elektronów walencyjnych, jak chętnie pobiera/oddaje)
Stopień utlenienia w związkach (Si: +4; Br: -1, +1, +3, +5, +7)
Charakter wiązań (kowalencyjne, jonowe)
Właściwości magnetyczne (paramagnetyk z niesparowanymi e, diamagnetyk bez)