شیمی دوازدهم صفحه ۸۶ - خود را بیازمایید
شکل زیر پیشرفت واکنش فلز روی با محلول نمکی از وانادیم ($V$) را نشان میدهد.
(تصویر شامل ۴ ارلن با رنگهای مختلف است:
۱- محلول زرد رنگ از نمک وانادیم ($V$)
۲- محلول آبی رنگ از نمک وانادیم ($IV$) پس از افزودن گرد روی
۳- محلول سبز رنگ از نمک وانادیم ($III$)
۴- محلول بنفش رنگ از نمک وانادیم ($II$))
با توجه به شکل به پرسشهای داده شده پاسخ دهید.
آ) آرایش الکترونی اتم وانادیم ($_{23}V$) را بنویسید.
ب) آرایش الکترونی وانادیم را در حالتهای اکسایش ($II$) و ($III$) بنویسید.
پ) توضیح دهید چرا در هر مرحله رنگ محلول متفاوت از دیگری است؟
ت) در این واکنش، وانادیم ($V$) کدام نقش را دارد (اکسنده یا کاهنده)؟ چرا؟
پاسخ تشریحی و گام به گام شیمی دوازدهم صفحه ۸۶ - خود را بیازمایید
سلام به شیمیدانهای عزیز! در این آزمایش جذاب، شاهد تغییرات خیرهکننده رنگ محلولهای وانادیم هستیم که ناشی از تغییر در **حالت اکسایش** این فلز واسطه است.
**آ) آرایش الکترونی اتم وانادیم:**
عدد اتمی وانادیم ۲۳ است.
بنابراین آرایش الکترونی آن به صورت زیر است:
$$_{23}V: [Ar] 3d^{3} 4s^{2}$$
**ب) آرایش الکترونی یونهای وانادیم:**
نکته مهم: هنگام یونیزه شدن فلزات واسطه، الکترونها ابتدا از زیرلایه **$4s$** جدا میشوند.
* برای وانادیم ($II$) یا همان یون $V^{2+}$ (با از دست دادن ۲ الکترون):
$$V^{2+}: [Ar] 3d^{3}$$
* برای وانادیم ($III$) یا همان یون $V^{3+}$ (با از دست دادن ۳ الکترون):
$$V^{3+}: [Ar] 3d^{2}$$
**پ) دلیل تنوع رنگها:**
یکی از ویژگیهای بارز **عناصر واسطه**، تشکیل یونهای رنگی با رنگهای متنوع است.
دلیل این پدیده، وجود زیرلایه **$d$** نیمهپر است.
با تغییر حالت اکسایش (تغییر تعداد الکترونها در زیرلایه $d$)، ترازهای انرژی تغییر کرده و یون در هنگام برانگیختگی، طول موجهای متفاوتی از نور مرئی را جذب میکند که منجر به مشاهده رنگهای متفاوت (زرد، آبی، سبز و بنفش) میشود.
**ت) نقش وانادیم ($V$):**
وانادیم ($V$) نقش **اکسنده** را دارد.
**دلیل**: با نگاه به پیشرفت واکنش، میبینیم که عدد اکسایش وانادیم از +۵ به ترتیب به +۴، +۳ و +۲ کاهش یافته است.
چون این ماده الکترون گرفته و عدد اکسایش آن **کاهش** یافته است، طبق تعریف، خودش کاهش یافته و به عنوان **اکسنده** عمل کرده تا فلز روی ($Zn$) را اکسید کند.
