O pewnym jednoujemnym anionie wiadomo, ze zbudowany jest z dwóch pierwiastków \(X\) i \(Y\) , leżącej w tej samej grupie układu okresowego. Anion ten powstaje w reakcji pomiedzy jonami pierwiastka \(Y\) i związkiem zawierającym dwa analizowane pierwiastki. O pierwiastku X wiadomo że ma on 4 elektrony opisane liczbą kwantową \(m\) równą -2, pierwiastek \(Y\) nie zawiera w ogóle elektronów opisanych liczbą kwantową \(l = 2\) . Dodatkowo wiadomo, że stosunek liczby elektronów opisanych liczbą kwantową \(l = 1\) w obu pierwiastkach wynosi \(0.3793\) . Liczba wolnych par elektronowych w anionie jest równa liczbie elektronów walencyjnych atomu X powiększonej o dwa

Na podstawie przedstawionych danych uzupełnij tabelkę, ustal hybrydyzację wszystkich atomów \(X\) i \(Y\) ; narysuj wzór elektronowy (Lewisa) otrzymanego anionu, oraz określ kształt geometryczny anionu, napisz równanie reakcji w zapisie jonowym

nazwa Ilość elektronów niewalencyjnych blok hybrydyzacja
\[X\]
\[Y\]

Wzór elektronowy

Wybrany kształt:

Pokaż rozwiązanie

Zadanie rozpoczynamy od ustalenia możliwych wariantów pierwiastka \(X\) . Informacja o 4 elektronach opisanych liczbą kwantową \(m = - 2\) świadczy o dwóch całkowicie zapełnionych podpowłokach \(d\) . Atom \(X\) zawiera się gdzieś między kadmem i barem. Z uwagi na to, że pierwiastki te mają tworzyć anion i znajdują się jednej grupie układu okresowego odrzucam cez i bar – nie mogą one utworzyć z innymi metalami związku obdarzonego ładunkiem ujemnym, również odrzucamy gazy szlachetne

O pierwiastku \(Y\) wiadomo, że nie zawiera on elektronów d (brak elektronów opisanych liczbą kwantową \(l = 2\) ), więc mogą to być pierwiastki bloku p drugiego i trzeciego okresu. Przedstawiony stosunek liczby elektronów opisanych liczbą kwantową \(l = 1\) równy 0.3793 jest podzieloną wartością liczby elektronów p pierwiastka Y przez pierwiastek X – pierwiastek X ma więcej elektronów p – jest w 6 okresie.

Znając możliwe ilości elektronów p dla pierwiastka \(X\) możemy obliczyć ilość elektronów p pierwiastka Y, dla poszczególnych wariantów pierwiastka X

\[0.3793 = \frac{N_{e^{p}}^{Y}}{N_{e^{p}}^{X}}\]

\[N_{e^{p}}^{Y} = 0.3793N_{e^{p}}^{X}\]

\[X\] \[N_{e^{p}}^{X}\] \[N_{e^{p}}^{Y}\] \[Y\] \[uwagi\]
\[Cd\] \[24\] \[9.1?\] \[F?\]
\[In\] \[25\] \[9.48?\] \[F?\]
\[Sn\] \[26\] \[9.86?\] \[Ne?\]
\[Sb\] \[27\] \[10.24?\] \[Ne?\]
\[Te\] \[28\] \[10.62?\] \[Cl?\]
\[I\] \[29\] \[11\] \[Cl\] Pasuje idealnie

Mając ustalony pierwiastek \(Y\) możemy napisać ustalić możliwe wzory anionów jako

\[ICl^{-}\]

\[ICl_{2}^{-}\]

\[ICl_{3}^{-}\]

\[ICl_{4}^{-}\]

Rozpisując struktury Lewisa widać, iż warunek o 9 parach elektronowych spełnia tylko anion \(ICl_{2}^{-}\)

Następnie określamy hybrydyzację –jod ma dwa podstawniki i 3 wolne pary elektronowe, a więc jest do hybrydyzacja \(dsp^{3}\) , a chlor ma jeden przyłączony atom i trzy wolne pary elektronowe – jest to hybrydyzacja \(sp^{3}\)

nazwa Ilość elektronów niewalencyjnych blok hybrydyzacja
\[X\] jod 46 P \[dsp^{3}\]
\[Y\] chlor 10 p \[sp^{3}\]

Równanie reakcji zapiszemy jako

\[Cl^{-} + ICl \rightarrow ICl_{2}^{-}\]

Pokaż punktację

4 pkt – rozwiązanie zawierające poprawnie zastosowaną metodę prowadzącą do identyfikacji pierwiastków X i Y , poprawne wyznaczenie wzoru anionu ICl₂⁻ , określenie hybrydyzacji wszystkich atomów, poprawne narysowanie wzoru elektronowego (Lewisa), określenie kształtu geometrycznego anionu oraz zapisanie poprawnego równania reakcji jonowej.

3 pkt – poprawna identyfikacja pierwiastków X i Y , poprawne wyznaczenie wzoru anionu ICl₂⁻ oraz poprawne narysowanie wzoru elektronowego, ale błędne określenie hybrydyzacji, kształtu geometrycznego anionu lub zapisanie niepoprawnego równania reakcji.
ALBO – poprawna identyfikacja pierwiastków X i Y , poprawne określenie hybrydyzacji oraz zapisanie równania reakcji, ale błędne narysowanie wzoru Lewisa lub błędne określenie geometrii anionu.

2 pkt – poprawna identyfikacja pierwiastków X i Y oraz poprawne wyznaczenie wzoru anionu ICl₂⁻ .

1 pkt – poprawna identyfikacja pierwiastka X (jodu) lub poprawne wyznaczenie Y=Cl

0 pkt – rozwiązanie całkowicie błędne albo brak rozwiązania