MCHP-R0-100-2505 • Otwarte krótkie • 4 pkt • Trudność: ★★★★☆

Zadanie 1

Matura z chemii, maj 2025, poziom rozszerzony

Wymaganie:

I.1 — budowa atomu, konfiguracja elektronowa. I.2 — układ okresowy, bloki konfiguracyjne.

Treść zadania

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

elektrony atomu E w stanie podstawowym zajmują osiem orbitali, przy czym sześć z nich jest całkowicie zapełnionych
konfigurację elektronową atomu X w jednym ze stanów wzbudzonych przedstawia poniższy zapis:

$1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{1} 3 p^{3} 3 d^{3}$

Zadanie 1.1. (0–2)

Uzupełnij tabelę. Napisz symbole pierwiastków E i X, symbol bloku konfiguracyjnego, do którego należy każdy z pierwiastków, oraz podaj sumaryczną liczbę elektronów w podpowłokach walencyjnych.

	Symbol pierwiastka	Symbol bloku konfiguracyjnego	Sumaryczna liczba elektronów w podpowłokach walencyjnych
Pierwiastek E
Pierwiastek X

Zadanie 1.2. (0–1)

Uzupełnij tabelę. Napisz wartości dwóch liczb kwantowych: głównej i pobocznej, które opisują stan kwantowy jednego z niesparowanych elektronów atomu E w stanie podstawowym.

	główna liczba kwantowa $n$	poboczna liczba kwantowa $l$
Wartości liczb kwantowych

Zadanie 1.3. (0–1)

Przedstaw pełną konfigurację elektronową jonu X⁻ w stanie podstawowym. Zastosuj zapis konfiguracji elektronowej z uwzględnieniem podpowłok.

Źródło: arkusz CKE MCHP-R0-100-2505. Otwórz oryginalny PDF

Rozwiązanie

Identyfikacja pierwiastków:

E: 8 orbitali zajętych, 6 całkowicie zapełnionych. Test:

1s²(1) + 2s²(1) + 2p⁶(3) + 3s²(1) + 3p²(2) = 8 orbitali.
Zapełnione: 1s + 2s + 3×2p + 3s = 6 zapełnionych ✓.
3p² ma 2 niesparowane (reguła Hunda — każdy orbital po 1 e).
Łącznie: 14 elektronów → Z = 14 → krzem (Si).

X: konfiguracja wzbudzona 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ 3p³ 3d³ = 2+2+6+1+3+3 = 17 elektronów → Z = 17 → chlor (Cl).

Konfiguracja w stanie podstawowym Cl: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵.

1.1. Tabela:

Pierwiastek	Symbol	Blok	Elektrony walencyjne
E	Si	p	4 (3s² 3p²)
X	Cl	p	7 (3s² 3p⁵)

Uzasadnienie:

Blok p: elektrony walencyjne wchodzą do podpowłoki p (tak dla Si: 3p², dla Cl: 3p⁵).
Elektrony walencyjne = elektrony powłoki najbardziej zewnętrznej (n=3 dla obu): Si ma 2+2=4 (3s²+3p²); Cl ma 2+5=7 (3s²+3p⁵).

1.2. Liczby kwantowe niesparowanego elektronu Si (3p²):

Liczby kwantowe	Wartość
Główna n	3 (powłoka M)
Poboczna l	1 (podpowłoka p)

W stanie podstawowym Si (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p²) elektrony niesparowane są w 3p:

Powłoka 3 (n=3).
Podpowłoka p (l=1 — z reguły: s→l=0, p→l=1, d→l=2, f→l=3).

1.3. Pełna konfiguracja jonu X⁻ (Cl⁻) w stanie podstawowym:

Cl⁻: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

(Lub równoważnie: [Ar] — konfiguracja argonu, gazu szlachetnego.)

Uzasadnienie:

Cl: Z = 17 (17 protonów, 17 elektronów w atomie obojętnym).
Cl⁻: 1 dodatkowy elektron → 18 elektronów.
18 elektronów obsadzonych zgodnie z regułą Madelunga: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶.
To konfiguracja oktetu (powłoka walencyjna pełna) → Cl⁻ stabilny.

Typowy błąd / pułapka

Pułapka 1.1 — pomylenie pierwiastka E z innym. Klucz: 8 orbitali zajętych + 6 całkowicie zapełnionych = krzem (Si, 1s²2s²2p⁶3s²3p², gdzie 3p² oznacza 2 orbitale niezapełnione w pełni).

Pułapka 1.2 — niesparowane elektrony Si w stanie podstawowym są w 3p (nie 3s). 3s² jest całkowicie zapełnione (2 e sparowane). 3p² ma 2 niesparowane elektrony (Hund: każdy orbital po 1 e).

Pułapka 1.3 — pomylenie X⁻ z X. Cl⁻ ma 18 elektronów (Cl + 1 dodany do anionu), nie 17. Konfiguracja: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ (jak argon).

Strona arkusza CKE z trescia zadania

Zadanie 1 - konfiguracja elektronowa — Strona 4 arkusza CKE 2025 PR chemia - zadanie 1 (pierwiastki E i X, konfiguracja, liczby kwantowe). Na podstawie: CKE 2025 Oryginalny PDF CKE, str. 4

Klucz pojęciowy — liczby kwantowe

Liczba	Symbol	Wartości	Co opisuje
Główna	n	1, 2, 3, …	Powłoka (energia, odległość od jądra)
Poboczna	l	0, 1, …, n-1	Podpowłoka (kształt orbitalu): s, p, d, f
Magnetyczna	m	-l, …, 0, …, +l	Orientacja orbitalu w przestrzeni
Spinowa	m_s	+1/2 lub -1/2	Spin elektronu

Reguły obsadzania:

Madelung (reguła n+l): niższa n+l zapełnia się pierwsza. Przy równym n+l, niższe n.
Hund: w każdym orbitalu podpowłoki najpierw 1 elektron (równoległe spiny), potem dopiero parowanie.
Pauli: w jednym orbitalu maksymalnie 2 elektrony, o przeciwnych spinach.

Klucz pojęciowy — bloki układu okresowego

Blok	Charakterystyka	Pierwiastki
s	Walencja kończy się na s	H, He, metale 1 i 2 grupy
p	Walencja kończy się na p	Niemetale, półmetale, niektóre metale (Al, Sn, Pb) — grupy 13-18
d	Walencja w d	Metale przejściowe (np. Fe, Cu, Zn)
f	Walencja w f	Lantanowce + aktynowce

Si (krzem) = blok p, grupa 14 (IV główna). Cl (chlor) = blok p, grupa 17 (VII główna).

Mechanizm: identyfikacja pierwiastka E

Liczba orbitali zajętych = 8. Sprawdzamy konfiguracje:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p² → 1+1+3+1+2 = 8 ✓
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³ → 1+1+3+1+3 = 9 ✗
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹ → 1+1+3+1+1 = 7 ✗

Liczba zapełnionych (orbitalów z 2 e) = 6. Sprawdzamy 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p²:

1s² → 1 zapełniony.
2s² → 1 zapełniony.
2p⁶ → 3 zapełnione.
3s² → 1 zapełniony.
3p² → 2 niesparowane orbitale (każdy 1 e, Hund) → 0 zapełnionych.
Suma: 1+1+3+1+0 = 6 ✓

Liczba elektronów: 2+2+6+2+2 = 14 → Z = 14 → krzem (Si).

Mechanizm: identyfikacja pierwiastka X

Stan wzbudzony: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ 3p³ 3d³.

Liczba elektronów: 2+2+6+1+3+3 = 17 → Z = 17 → chlor (Cl).

Stan podstawowy Cl: elektrony “spadają” do najniższych energii → 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ (z 3d³ idą do 3s i 3p).

Mechanizm: jon Cl⁻

Cl ma 17 elektronów (Z=17). Cl⁻ = Cl + 1 elektron = 18 elektronów.

Reguła Madelunga (obsadzanie kolejnych podpowłok): 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → …

Dla 18 elektronów: 1s² (2), 2s² (4), 2p⁶ (10), 3s² (12), 3p⁶ (18) ✓.

Konfiguracja Cl⁻ = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ = [Ar] (konfiguracja argonu — gazu szlachetnego).

To dlaczego chlor chętnie przyjmuje elektron (silna elektroujemność): osiąga stabilny oktet (3s² 3p⁶ = 8 elektronów walencyjnych).

Punktacja CKE

1.1. 2 pkt — wszystkie 4 informacje (symbole Si, Cl + blok p + walencyjne 4, 7).
1.2. 1 pkt — n=3, l=1.
1.3. 1 pkt — 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶.
Suma: 4 pkt.

Po co to umieć

Konfiguracja elektronowa = klucz do zrozumienia całej chemii:

Reaktywność pierwiastków zależy od elektronów walencyjnych.
Wiązania chemiczne = wymiana/dzielenie elektronów walencyjnych.
Właściwości magnetyczne — paramagnetyzm (niesparowane e) vs diamagnetyzm.

Krzem (Si):

Drugie najczęstsze pierwiastek skorupy ziemskiej (po tlenie).
Półprzewodnik — fundament elektroniki, paneli słonecznych.
4 elektrony walencyjne = tworzy 4 wiązania (jak węgiel).

Chlor (Cl):

Niemetal halogenowy (grupa 17).
NaCl = sól kuchenna.
HCl = kwas solny.
Cl₂ = gaz żółto-zielony, silny utleniacz, dezynfekcja wody (chlorowanie).
PVC (polichlorek winylu) — najczęściej używane tworzywo sztuczne.

Stany wzbudzone atomów — wykorzystywane w spektroskopii:

Spektroskopia atomowa identyfikuje pierwiastki po widmie emisji.
Lampy sodowe (żółte światło uliczne) = przejścia elektronowe w atomach Na.
Lasery (Nobel 1981 + 2018) — wymuszone przejścia kwantowe.

Anion Cl⁻:

W organizmie człowieka — ~100 g (głównie w żołądku jako HCl, w osoczu, kale, pocie).
Niezbędny do trawienia (kwaśne środowisko żołądka).
W gospodarce wodnej — wraz z Na⁺ utrzymuje ciśnienie osmotyczne krwi.

Podobne zadania

chemia jądrowa, rozszczepienie, uran, stosunek neutron/proton, bilans nukleonowy

Zadanie 2 (2 pkt)

Niektóre ciężkie jądra ulegają reakcjom rozszczepienia. Takie jądra bombardowane neutronami ulegają podziałowi na dwa lżejsze fragmenty. Tej przemianie towarzyszy emisja dwóch lub trzech neutronów. *Na podstawie: A. Bielański, „Podstawy chemii nieorganicznej", Warszawa 2018.* ### Zadanie 2.1. (0–1) W jednej z reakcji rozszczepienia jąder $^{235}\text{U}$ powstają $^{92}\text{Kr}$ oraz $^{141}\text{Ba}$. **Uzupełnij schemat tak, aby otrzymać równanie opisanej przemiany, która prowadzi do powstania jąder kryptonu i baru.** $$^{235}_{\ 92}\text{U} + \square^{\ 1}_{\ 0}\text{n} \longrightarrow \square \,^{\ 1}_{\ 0}\text{n} + ^{\ 92}_{\ 36}\text{Kr} + ^{141}_{\ 56}\text{Ba}$$ ### Zadanie 2.2. (0–1) **Uzupełnij zdania. Zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych w każdym nawiasie.** Jeżeli po pochłonięciu jednego neutronu przez jądro $^{235}\text{U}$ następuje jego rozszczepienie, w wyniku którego powstaje jądro $^{93}\text{Sr}$ i są emitowane $3$ neutrony, to równocześnie tworzy się jądro ($^{139}\text{I}$ / $^{140}\text{Xe}$ / $^{140}\text{Ba}$). Wśród jąder biorących udział w tej przemianie większy stosunek liczby neutronów do liczby protonów ma jądro ($^{235}\text{U}$ / $^{93}\text{Sr}$).

Rozumiesz, jak to rozwiązać?

Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji

matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „budowa atomu, konfiguracja elektronowa, liczby kwantowe, układ okresowy, bloki s/p/d" zrobisz samodzielnie.

Otwórz matury-online.pl