کیهان زادگاه الفبای هستی (علوم تجربی)

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«مهبانگ ← ذرات زیراتمی ← هیدروژن و هلیم ← ستاره‌ها» درست است؛ طبق نظریهٔ مهبانگ، ابتدا از انرژی عظیم اولیه ذرات زیراتمی (پروتون، نوترون، الکترون) به‌وجود آمدند، سپس با کاهش دما این ذرات هیدروژن و هلیم ساختند، و در نهایت این گازها با گرانش فشرده شده و ستاره‌ها را تشکیل دادند. «مهبانگ ← ستاره‌ها ← ذرات زیراتمی ← هیدروژن و هلیم» نادرست است، چون ستاره‌ها نمی‌توانند پیش از وجود ذرات زیراتمی و هیدروژن/هلیم شکل بگیرند. «ذرات زیراتمی ← مهبانگ ← سحابی ← ابرنواختر» نیز نادرست است؛ مهبانگ همیشه نقطهٔ آغازین است، نه رخدادی پس از ذرات زیراتمی. «هیدروژن و هلیم ← مهبانگ ← ستاره‌ها ← عنصرهای سنگین» هم نادرست است؛ هیدروژن و هلیم نمی‌توانند پیش از مهبانگ وجود داشته باشند. تلهٔ تستی: ترتیب صحیح این زنجیره را باید دقیقاً حفظ کرد؛ رایج‌ترین اشتباه، قراردادن «ستاره‌ها» یا «هیدروژن و هلیم» پیش از «مهبانگ» یا «ذرات زیراتمی» است.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«گرانش زمین برای نگه‌داشتن گاز سبک هلیم کافی نیست.» درست است؛ هلیم به دلیل جرم مولی بسیار کم، به‌آسانی از میدان گرانشی زمین می‌گریزد و در جو زمین انباشته نمی‌شود، درحالی‌که در کیهان (که هیدروژن و هلیم تقریباً ۹۸٪ جرم آن را می‌سازند) فراوان است. «هلیم در کیهان ناپایدار و در زمین پایدار است» نادرست است؛ هلیم در هر دو مکان از نظر هسته‌ای پایدار است و تفاوت فراوانی ربطی به پایداری هسته‌ای ندارد. «هلیم فقط در جو مشتری ساخته می‌شود» نیز نادرست است؛ هلیم عمدتاً در مهبانگ و در دل ستاره‌ها تولید می‌شود، نه صرفاً در جو یک سیاره. «هلیم در زمین با اکسیژن واکنش داده و مصرف می‌شود» هم نادرست است؛ هلیم گازی نجیب و عملاً واکنش‌ناپذیر است. تلهٔ تستی: علت کمیابی هلیم روی زمین، خروج فیزیکی آن از جو (به دلیل گرانش ناکافی) است، نه واکنش شیمیایی یا ناپایداری هسته‌ای.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«فقط یک مورد درست است» درست است. گزارهٔ 1 درست: جرمِ اتمیِ میانگینِ کلر، تقریباً $35.49\ \text{amu}$ است. | گزارهٔ 2 نادرست: آرایشِ ظرفیتیِ کلر، $2s^22p^5$ است. | گزارهٔ 3 نادرست: کلر برایِ رسیدنِ به آرایشِ گازِ نجیب، باید دو الکترون بگیرد. | گزارهٔ 4 نادرست: شعاعِ اتمیِ کلر از شعاعِ اتمیِ برم بزرگ‌تر است. جمعاً 1 گزاره درست است. تلهٔ تستی: کلر با آرایشِ $3s^23p^5$ (نه $2s^22p^5$، که آن مالِ فلوئور است) تنها با گرفتنِ یک الکترون به آرگون می‌رسد، نه دو؛ و چون برم زیرِ کلر در گروهِ $17$ است، شعاعِ برم بزرگ‌تر است، نه کلر. فقط محاسبهٔ میانگینِ جرمِ اتمی درست است.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«$27.6$» درست است. جرمِ مولیِ $\text{B}_2\text{H}_6$ برابرِ مجموعِ جرمِ دو اتمِ بور و شش اتمِ هیدروژن است: $2\times10.8+6\times1=21.6+6=27.6\,\text{g/mol}$. گزینهٔ «$21.6$» فقط سهمِ بور را حساب کرده و هیدروژن‌ها را نادیده گرفته. گزینهٔ «$16.8$» از ضربِ اشتباهِ تعدادِ اتم‌ها می‌آید. تلهٔ تستی: جرمِ اتمیِ میانگین (که برایِ یک اتمِ منفرد به‌کار می‌رود) باید در تعدادِ اتم‌هایِ همان عنصر در فرمولِ ترکیب ضرب شود، نه فقط یک‌بار در نظر گرفته شود.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«$\text{AlCl}_3$» درست است. آرایشِ $[\text{Ne}]3s^23p^5$ متعلق به کلر است که با گرفتنِ یک الکترون به $\text{Cl}^-$ می‌رسد؛ آلومینیم با از دست‌دادنِ سه الکترونِ ظرفیت به $\text{Al}^{3+}$ می‌رسد. برایِ خنثی‌شدنِ بار، به سه یونِ $\text{Cl}^-$ در برابرِ هر $\text{Al}^{3+}$ نیاز است، پس فرمول $\text{AlCl}_3$ می‌شود. گزینه‌هایِ «$\text{AlCl}_2$» و «$\text{Al}_3\text{Cl}$» بارها را متعادل نمی‌کنند. گزینهٔ «$\text{Al}_2\text{Cl}_3$» با نگرفتنِ ساده‌ترین نسبتِ بار (بدونِ تقسیمِ مشترک) نوشته شده. تلهٔ تستی: فرمولِ یونی باید با ساده‌ترین نسبتِ عددِ صحیح نوشته شود، نه هر نسبتی که بارها را (به‌ظاهر) خنثی کند.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«$20$ و $2$» درست است. با جمعِ زیرنویس‌ها، تعدادِ کلِ الکترون‌ها $2+2+6+2+6+2=20$ است (این عنصر کلسیم است). الکترون‌هایِ ظرفیت، الکترون‌هایِ بیرونی‌ترین لایه (فراترِ از آرایشِ گازِ نجیبِ آرگون) هستند که فقط شاملِ $4s^2$ می‌شوند، پس $2$ الکترونِ ظرفیت دارد. گزینه‌هایِ با «$18$» تعدادِ کلِ الکترون‌ها را اشتباه محاسبه کرده‌اند (بدونِ $4s^2$). گزینه‌هایِ با «$8$» به‌اشتباه همهٔ الکترون‌هایِ لایهٔ سوم را ظرفیت به‌حساب آورده‌اند. تلهٔ تستی: الکترونِ ظرفیت فقط بیرونی‌ترین لایه است، نه هر الکترونی که در زیرلایهٔ $p$ یا $s$ باشد.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«$2$» درست است. کلسیم در گروهِ $2$ جدولِ تناوبی است و برایِ رسیدن به آرایشِ گازِ نجیب، هر دو الکترونِ ظرفیتیِ خود ($4s^2$) را از دست می‌دهد و $\text{Ca}^{2+}$ می‌شود؛ این دو الکترون بینِ دو اتمِ کلر (هرکدام یک الکترون برایِ رسیدن به آرایشِ آرگون) تقسیم می‌شود. گزینهٔ «$1$» به تشکیلِ $\text{NaCl}$ مربوط است، نه $\text{CaCl}_2$. گزینه‌هایِ «$3$» و «$4$» با تعدادِ الکترونِ ظرفیتِ کلسیم مطابقت ندارند. تلهٔ تستی: تعدادِ الکترونِ مبادله‌شده باید بر اساسِ تعدادِ الکترونِ ظرفیتیِ فلز تعیین شود، نه بر اساسِ تعدادِ اتم‌هایِ نافلز در فرمول.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«$40$» درست است؛ غنای $4.0\%$ یعنی از هر $100$ اتم اورانیم، $4$ اتم ${}^{235}\mathrm{U}$ است؛ پس در $1000$ اتم، تعداد این ایزوتوپ برابر $\dfrac{4}{100}\times1000=40$ اتم خواهد بود. «$4$» نادرست است؛ این عدد فقط سهم هر $100$ اتم است، نه هر $1000$ اتم. «$72$» نیز نادرست است و با هیچ محاسبهٔ درستی از دادهٔ سؤال سازگار نیست. «$400$» هم نادرست است و از ضرب نادرست در $10$ اضافی حاصل می‌شود. تلهٔ تستی: باید درصد غنا را دقیقاً به همان نسبت مقیاس داده‌شده در سؤال (اینجا هر $1000$ اتم، نه هر $100$) اعمال کرد؛ فراموش‌کردن این تبدیل مقیاس، رایج‌ترین خطای این نوع سؤال است.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«$6$» درست است؛ هر اتم آلومینیم $3$ الکترون از دست می‌دهد و در فرمول $\mathrm{Al_2S_3}$ دو اتم آلومینیم وجود دارد؛ پس مجموع الکترون‌های از دست‌رفته برابر $2\times3=6$ است. «$2$» نادرست است؛ این عدد فقط تعداد اتم‌های آلومینیم است، نه تعداد الکترون‌های از دست‌رفته. «$3$» نیز نادرست است؛ این عدد فقط تعداد الکترون از دست‌رفتهٔ *یک* اتم آلومینیم است، نه هر دو. «$9$» هم نادرست است و از ضرب نادرست در تعداد اتم گوگرد ($3$) به‌جای آلومینیم حاصل می‌شود. تلهٔ تستی: باید تعداد الکترون‌های از دست‌رفتهٔ *یک* اتم فلز را در تعداد کل اتم‌های همان فلز در فرمول (اینجا $2$) ضرب کرد؛ فراموش‌کردن این ضرب، رایج‌ترین خطای این نوع سؤال است.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«هر دو خواص شیمیایی مشابه، اما پایداری متفاوت دارند.» درست است؛ ${}^{14}_{6}\mathrm{C}$ و ${}^{12}_{6}\mathrm{C}$ هر دو کربن‌اند (عدد اتمی و آرایش الکترونی یکسان)، پس رفتار شیمیایی مشابهی دارند، اما کربن-۱۴ رادیواکتیو (ناپایدار) و کربن-۱۲ پایدار است. «هر دو پایداری هسته‌ای یکسان دارند» نادرست است؛ برعکس، کربن-۱۴ ناپایدار و کربن-۱۲ پایدار است. «عدد اتمی آن‌ها متفاوت است» نیز نادرست است؛ هر دو دقیقاً عدد اتمی $6$ دارند (فقط عدد جرمی متفاوت است). «در جدول تناوبی در دو گروه متفاوت قرار دارند» هم نادرست است؛ چون ایزوتوپ یک عنصرند، هر دو دقیقاً در همان یک خانهٔ جدول تناوبی (کربن) جای می‌گیرند. تلهٔ تستی: ایزوتوپ‌ها همیشه عدد اتمی یکسان (و درنتیجه خواص شیمیایی یکسان) دارند؛ فقط تعداد نوترون و درنتیجه پایداری هسته‌ای و خواص فیزیکی وابسته به جرم آنهاست که ممکن است متفاوت باشد.