Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 96.
W tabeli zestawiono właściwości fizyczne borowców.
| Nazwa pierwiastka | Ogólna konfiguracja elektronów walencyjnych w stanie podstawowym | Rozpowszechnienie w skorupie ziemskiej, % |
Gęstość, g · cm–3 |
Temperatura topnienia, K |
|---|---|---|---|---|
| bor | ns2np1 | 1,0 ⋅ 10−4 | 2,34 | 2570,00 |
| glin | 8,23 | 2,70 | 933,47 | |
| gal | 1,9 ⋅ 10−4 | 5,91 | 302,91 | |
| ind | 4,5 ⋅ 10−5 | 7,31 | 429,75 | |
| tal | 8,5 ⋅ 10−5 | 11,85 | 577,00 |
Większość pierwiastków 13. grupy układu okresowego stanowi mieszaninę 2 trwałych izotopów, np. tal występuje w przyrodzie w postaci 2 izotopów o masach równych 202,97 u i 204,97 u. Bor jest pierwiastkiem niemetalicznym, podczas gdy pozostałe pierwiastki tej grupy są metalami. Glin i tal mają typowe sieci metaliczne o najgęstszym ułożeniu atomów, gal i ind tworzą sieci rzadko spotykane u metali. Te różnice w strukturze powodują różnice w twardości i temperaturach topnienia. Glin jest kowalny i ciągliwy; gal jest twardy i kruchy, natomiast ind należy do najbardziej miękkich pierwiastków – daje się kroić nożem, podobnie jak tal. Elementarny bor wykazuje bardzo wysoką temperaturę topnienia, co jest spowodowane występowaniem w jego sieci przestrzennej silnych wiązań kowalencyjnych. Bor można otrzymać w reakcji redukcji tlenku boru metalicznym magnezem użytym w nadmiarze. Otrzymany tą metodą preparat zawiera 98% boru, natomiast 2% stanowią zanieczyszczenia takie, jak tlenek magnezu i nadmiar użytego do reakcji magnezu. Czysty krystaliczny bor można otrzymać między innymi przez rozkład termiczny jodku boru. Krystaliczny bor ma barwę czarnoszarą, wykazuje dużą twardość i jest złym przewodnikiem elektryczności; charakteryzuje się małą aktywnością chemiczną – nie działa na niego wrzący kwas solny ani kwas fluorowodorowy.
J. Sawicka i inni, Tablice chemiczne, Gdańsk 2002, s. 202.
Uzupełnij poniższe zdania. Wpisz fragment konfiguracji elektronowej atomu talu w stanie podstawowym, który odnosi się do elektronów walencyjnych, a także wybierz i podkreśl symbol typu podpowłoki oraz wartość głównej i pobocznej liczby kwantowej spośród podanych w nawiasach.
Fragment konfiguracji elektronowej atomu talu w stanie podstawowym, który odnosi się do
elektronów walencyjnych można zapisać w postaci .
Jedyny niesparowany elektron atomu talu w stanie podstawowym należy do podpowłoki typu
(s/p/d). Główna liczba kwantowa n opisująca stan tego elektronu wynosi (4/5/6), a poboczna
liczba kwantowa l jest równa (0/1/2/3).
Rozwiązanie
Fragment konfiguracji elektronowej atomu talu w stanie podstawowym, który odnosi się do
elektronów walencyjnych można zapisać w postaci 6s26p1 .
Jedyny niesparowany elektron atomu talu w stanie podstawowym należy do podpowłoki typu
(s/p/d). Główna liczba kwantowa n opisująca stan tego elektronu wynosi (4/5/6), a poboczna
liczba kwantowa l jest równa (0/1/2/3).
Wskazówki
W Podstawie programowej kształcenia ogólnego z chemii sformułowane są wymagania ogólne i szczegółowe. Jedno z tych wymagań brzmi: Uczeń zapisuje konfiguracje elektronowe atomów pierwiastków do Z = 36 [...]. Mogłoby się więc wydawać, że sprawdzane w zadaniu umiejętności wykraczają poza Podstawę programową, ponieważ liczba atomowa talu (Z) jest równa 81. Jednak inne wymaganie sformułowane w opisanym dokumencie dopuszcza możliwość wykorzystania takich zadań, w których uczeń korzysta z chemicznych tekstów źródłowych [...] , krytycznie odnosząc się do pozyskiwanych informacji. I właśnie w tym przypadku podstawą do rozwiązania zadania jest przede wszystkim dokładna analiza informacji do zadań, w której podkreślono, że tal należy do tej samej grupy układu okresowego pierwiastków, co bor, glin, gal i ind. Podana jest także ogólna konfiguracja elektronów walencyjnych w stanie podstawowym ns2np1. Liczba elektronów walencyjnych dla wszystkich borowców jest taka sama i wynosi 3. Różnica będzie dotyczyła wyłącznie numeru powłoki, na której elektrony te zostały rozmieszczone. Dlatego należy odczytać położenie talu w układzie okresowym pierwiastków: grupa 13. i okres 6. Następnie, korzystając z ogólnej konfiguracji dotyczącej elektronów walencyjnych i pamiętając, że numer okresu odpowiada numerowi walencyjnej powłoki elektronowej, należy uzupełnić zdanie pierwsze zapisem 6s26p1.
Uzupełnienie kolejnych zdań związane jest z poprawnym uzupełnieniem zdania 1. Niesparowany elektron atomu talu w stanie podstawowym należy do podpowłoki typu p (informację tę możesz pozyskać także, analizując informację wstępną). W ostatnim zdaniu musisz podkreślić wartość głównej i pobocznej liczby kwantowej opisującej stan niesparowanego elektronu, tzn. główna liczba kwantowa n = 6 (numer okresu, w którym znajduje się dany pierwiastek odpowiada głównej liczbie kwantowej) i poboczna liczba kwantowa l = 1 (dla orbitalu p poboczna liczba kwantowa przyjmuje wartość 1).
