Merhaba sevgili öğrenciler,
Bu soruyu çözmek için öncelikle elektronların orbitallere nasıl yerleştiğini hatırlamamız gerekiyor. Elektronlar, atomda belirli kurallara göre orbitallere dağılırlar. Bu kurallar şunlardır:
- Aufbau Prensibi (Artan Enerji Prensibi): Elektronlar, en düşük enerjili orbitalden başlayarak sırasıyla yüksek enerjili orbitallere yerleşirler.
- Pauli Dışlama Prensibi: Bir orbitalde en fazla iki elektron bulunabilir ve bu elektronların spinleri zıt olmalıdır.
- Hund Kuralı: Eş enerjili (dejenere) orbitaller (örneğin $p_x, p_y, p_z$ gibi) elektronlarla doldurulurken, önce her bir orbitale birer elektron aynı spinle yerleşir, daha sonra ikinci elektronlar zıt spinle yerleşerek eşleşirler.
Şimdi sorumuzdaki bilgiyi adım adım inceleyelim:
- 1. Orbital Doldurma Sırası: Elektronların enerji seviyelerine göre doldurulma sırası şöyledir: $1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, ...$
- 2. $4p_x$ Orbitaline Kadar Elektron Sayısı: Son elektron $4p_x$ orbitaline girmişse, bu orbitalden önceki tüm orbitallerin dolduğunu varsaymalıyız. Bu durumda, $3d$ orbitaline kadar olan elektronları sayalım:
- $1s^2$ (2 elektron)
- $2s^2$ (2 elektron)
- $2p^6$ (6 elektron)
- $3s^2$ (2 elektron)
- $3p^6$ (6 elektron)
- $4s^2$ (2 elektron)
- $3d^{10}$ (10 elektron)
Toplamda $2+2+6+2+6+2+10 = 30$ elektron $3d$ orbitaline kadar dolmuştur.
- 3. $4p$ Orbitallerinin Doldurulması: $3d$ orbitalinden sonra $4p$ orbitalleri gelir. $4p$ alt kabuğunda üç adet eş enerjili orbital bulunur: $4p_x, 4p_y, 4p_z$. Hund kuralına göre, bu orbitaller önce birer elektronla doldurulur.
- 4. Seçeneklerin İncelenmesi: Soru, "son elektronun girdiği orbital $4p_x$" olduğunu belirtiyor. Bu ifade, son eklenen elektronun $4p_x$ orbitaline yerleştiği anlamına gelir. Bu durum iki farklı atom numarası için geçerli olabilir:
- Eğer $4p$ alt kabuğuna giren ilk elektron $4p_x$ orbitaline girerse ($4p_x^1$), toplam elektron sayısı $30+1 = 31$ olur. Bu durumda 31. elektron $4p_x$'tedir.
- Eğer $4p$ alt kabuğu $4p_x^1 4p_y^1 4p_z^1$ şeklinde dolduktan sonra dördüncü elektron $4p_x$ orbitaline girerse ($4p_x^2 4p_y^1 4p_z^1$), toplam elektron sayısı $30+4 = 34$ olur. Bu durumda 34. elektron $4p_x$'tedir.
Ancak, verilen seçeneklerde 31 veya 34 atom numarası bulunmamaktadır. Bu durumda, sorunun "son elektronun girdiği orbital $4p_x$" ifadesini, "elementin $4p$ alt kabuğunda elektronlar bulunuyor ve $4p_x$ orbitali de elektron içeriyor" şeklinde daha geniş bir yorumla ele almamız gerekmektedir. Şimdi seçenekleri bu bakış açısıyla inceleyelim:
- A) 15: Elektron dağılımı $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^3$. Son elektron $3p$ orbitalindedir. $4p_x$ orbitalinde elektron yoktur.
- B) 21: Elektron dağılımı $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^1$. Son elektron $3d$ orbitalindedir. $4p_x$ orbitalinde elektron yoktur.
- C) 33: Elektron dağılımı $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^3$.
Bu durumda, $4p$ alt kabuğunda 3 elektron bulunur. Hund kuralına göre bu elektronlar $4p_x^1, 4p_y^1, 4p_z^1$ şeklinde dağılırlar. Bu dağılımda, 31. elektron $4p_x$'e, 32. elektron $4p_y$'ye ve 33. elektron $4p_z$'ye girer. Yani, bu elementin $4p_x$ orbitalinde bir elektron bulunmaktadır. Her ne kadar son elektron $4p_z$'ye girmiş olsa da, $4p_x$ orbitali elektron içerdiği için, seçenekler arasında en uygun cevap C seçeneğidir.
- D) 47: Elektron dağılımı $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^6 5s^1 4d^{10}$ (Gümüş elementi, özel bir durumdur). Son elektron $4d$ orbitalindedir. $4p$ alt kabuğu tamamen doludur ($4p^6$), ancak soruda "son elektronun girdiği orbital $4p_x$" ifadesi, $4p$ alt kabuğunun henüz dolmakta olduğunu veya $4p_x$ orbitalinin son elektronu aldığını ima eder. Bu durumda 47, doğru bir seçenek değildir.
Sonuç olarak, seçenekler arasında $4p_x$ orbitalinde elektron bulunduran tek element 33 atom numaralı Arsenik (As) olduğu için, sorunun bu şekilde yorumlanması gerekmektedir.
Cevap C seçeneğidir.
