IChO 2003 · Theory problem 21
A second-period element from its ionisation energies
Which second period (row) element has the first six ionization energies (\(IE\) in electron volts, eV) listed below?
| \(IE_1\) | \(IE_2\) | \(IE_3\) | \(IE_4\) | \(IE_5\) | \(IE_6\) |
|---|---|---|---|---|---|
| 11 | 24 | 48 | 64 | 392 | 490 |
a) \(\ce{B}\) ( )
b) \(\ce{C}\) ( )
c) \(\ce{N}\) ( )
d) \(\ce{O}\) ( )
e) \(\ce{F}\) ( )
Official English text of the problem.
Answers
- b) Carbon, \(\ce{C}\). Mark the box beside option b).
Solution
21. The decisive feature is the large increase between the fourth and fifth ionization energies:
\[ IE_4=64\ \mathrm{eV}, \qquad IE_5=392\ \mathrm{eV}. \]
This jump indicates that removing the first four electrons exhausts the outer shell. The fifth electron must then be removed from an inner shell, where electrons are much more strongly bound to the nucleus. Thus, the element has four valence electrons.
The second-period element with four valence electrons is carbon, whose ground-state electron configuration is
\[ 1s^2\,2s^2\,2p^2. \]
The first four ionizations remove the two \(2p\) and two \(2s\) electrons. The fifth and sixth remove the two inner-shell \(1s\) electrons, accounting for their much higher ionization energies.
Therefore, the correct choice is b) \(\ce{C}\).
The answers were checked against the official answers published by the organisers.
IChO 2003 · Theorieaufgabe 21
Ein Element der zweiten Periode anhand seiner Ionisierungsenergien bestimmen
Welches Element der zweiten Periode (Zeile) besitzt die unten aufgeführten ersten sechs Ionisierungsenergien (\(IE\) in Elektronenvolt, eV)?
| \(IE_1\) | \(IE_2\) | \(IE_3\) | \(IE_4\) | \(IE_5\) | \(IE_6\) |
|---|---|---|---|---|---|
| 11 | 24 | 48 | 64 | 392 | 490 |
a) \(\ce{B}\) ( )
b) \(\ce{C}\) ( )
c) \(\ce{N}\) ( )
d) \(\ce{O}\) ( )
e) \(\ce{F}\) ( )
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt.
Antworten
- b) Kohlenstoff, \(\ce{C}\). Kreuzen Sie das Kästchen neben Antwort b) an.
Lösung
21. Entscheidend ist der starke Anstieg zwischen der vierten und der fünften Ionisierungsenergie:
\[ IE_4=64\ \mathrm{eV}, \qquad IE_5=392\ \mathrm{eV}. \]
Dieser Sprung zeigt, dass nach der Entfernung der ersten vier Elektronen die äußere Schale vollständig geleert ist. Das fünfte Elektron muss dann aus einer inneren Schale entfernt werden, in der die Elektronen wesentlich stärker an den Kern gebunden sind. Das Element besitzt somit vier Valenzelektronen.
Das Element der zweiten Periode mit vier Valenzelektronen ist Kohlenstoff, dessen Elektronenkonfiguration im Grundzustand wie folgt lautet:
\[ 1s^2\,2s^2\,2p^2. \]
Bei den ersten vier Ionisierungen werden die beiden \(2p\)- und die beiden \(2s\)-Elektronen entfernt. Bei der fünften und sechsten Ionisierung werden die beiden \(1s\)-Elektronen der inneren Schale entfernt, was ihre wesentlich höheren Ionisierungsenergien erklärt.
Die richtige Antwort ist daher b) \(\ce{C}\).
Die Ergebnisse wurden mit den von den Veranstaltern veröffentlichten offiziellen Ergebnissen abgeglichen.
IChO 2003 · Teori sorusu 21
İyonlaşma enerjilerinden ikinci periyottaki bir elementin belirlenmesi
İlk altı iyonlaşma enerjisi (elektron volt, eV cinsinden \(IE\)) aşağıda verilen ikinci periyot (satır) elementi hangisidir?
| \(IE_1\) | \(IE_2\) | \(IE_3\) | \(IE_4\) | \(IE_5\) | \(IE_6\) |
|---|---|---|---|---|---|
| 11 | 24 | 48 | 64 | 392 | 490 |
a) \(\ce{B}\) ( )
b) \(\ce{C}\) ( )
c) \(\ce{N}\) ( )
d) \(\ce{O}\) ( )
e) \(\ce{F}\) ( )
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir.
Cevaplar
- b) Karbon, \(\ce{C}\). b) seçeneğinin yanındaki kutucuğu işaretleyin.
Çözüm
21. Belirleyici özellik, dördüncü ve beşinci iyonlaşma enerjileri arasındaki büyük artıştır:
\[ IE_4=64\ \mathrm{eV}, \qquad IE_5=392\ \mathrm{eV}. \]
Bu sıçrama, ilk dört elektronun uzaklaştırılmasıyla dış kabuğun boşaldığını gösterir. Bu durumda beşinci elektronun, elektronların çekirdeğe çok daha güçlü bağlandığı bir iç kabuktan uzaklaştırılması gerekir. Dolayısıyla elementin dört değerlik elektronu vardır.
İkinci periyotta dört değerlik elektronuna sahip element karbondur ve temel hâldeki elektron dizilimi şöyledir:
\[ 1s^2\,2s^2\,2p^2. \]
İlk dört iyonlaşmada iki \(2p\) ve iki \(2s\) elektronu uzaklaştırılır. Beşinci ve altıncı iyonlaşmalarda ise iç kabuktaki iki \(1s\) elektronu uzaklaştırılır; bu da bu iyonlaşma enerjilerinin neden çok daha yüksek olduğunu açıklar.
Dolayısıyla doğru seçenek b) \(\ce{C}\)'dir.
Sonuçlar, düzenleyicilerin yayımladığı resmi sonuçlarla karşılaştırılarak kontrol edildi.
IChO 2003 · Problema teórico 21
Un elemento del segundo período a partir de sus energías de ionización
¿Qué elemento del segundo período (fila) tiene las seis primeras energías de ionización (\(IE\) en electronvoltios, eV) que se indican a continuación?
| \(IE_1\) | \(IE_2\) | \(IE_3\) | \(IE_4\) | \(IE_5\) | \(IE_6\) |
|---|---|---|---|---|---|
| 11 | 24 | 48 | 64 | 392 | 490 |
a) \(\ce{B}\) ( )
b) \(\ce{C}\) ( )
c) \(\ce{N}\) ( )
d) \(\ce{O}\) ( )
e) \(\ce{F}\) ( )
Enunciado traducido del texto oficial en inglés.
Respuestas
- b) Carbono, \(\ce{C}\). Marque la casilla junto a la opción b).
Solución
21. La característica decisiva es el gran aumento entre la cuarta y la quinta energías de ionización:
\[ IE_4=64\ \mathrm{eV}, \qquad IE_5=392\ \mathrm{eV}. \]
Este salto indica que, al extraer los cuatro primeros electrones, la capa externa queda vacía. Por tanto, el quinto electrón debe extraerse de una capa interna, donde los electrones están mucho más fuertemente ligados al núcleo. Así pues, el elemento tiene cuatro electrones de valencia.
El elemento del segundo período con cuatro electrones de valencia es el carbono, cuya configuración electrónica en el estado fundamental es
\[ 1s^2\,2s^2\,2p^2. \]
Las cuatro primeras ionizaciones extraen los dos electrones \(2p\) y los dos electrones \(2s\). La quinta y la sexta extraen los dos electrones \(1s\) de la capa interna, lo que explica sus energías de ionización mucho mayores.
Por tanto, la opción correcta es b) \(\ce{C}\).
Los resultados se comprobaron con los resultados oficiales publicados por los organizadores.
IChO 2003 · 理论题 21
根据电离能确定一种第二周期元素
哪一种第二周期（横行）元素的前六级电离能（\(IE\)，单位为电子伏特，eV）如下表所示？
| \(IE_1\) | \(IE_2\) | \(IE_3\) | \(IE_4\) | \(IE_5\) | \(IE_6\) |
|---|---|---|---|---|---|
| 11 | 24 | 48 | 64 | 392 | 490 |
a) \(\ce{B}\) ( )
b) \(\ce{C}\) ( )
c) \(\ce{N}\) ( )
d) \(\ce{O}\) ( )
e) \(\ce{F}\) ( )
题目译自官方英文原文。
答案
- b) 碳，\(\ce{C}\)。 在选项 b) 旁的框内作标记。
解答
21. 判断的关键在于第四级与第五级电离能之间的大幅增加：
\[ IE_4=64\ \mathrm{eV}, \qquad IE_5=392\ \mathrm{eV}. \]
这一跃升表明，移去前四个电子后，最外层电子已全部被移去。此时，第五个电子必须从内层移去，而内层电子受到原子核的束缚要强得多。因此，该元素有四个价电子。
具有四个价电子的第二周期元素是碳，其基态电子排布为
\[ 1s^2\,2s^2\,2p^2. \]
前四次电离移去两个 \(2p\) 电子和两个 \(2s\) 电子。第五次和第六次电离移去内层的两个 \(1s\) 电子，因此这两级电离能高得多。
所以，正确选项是 b) \(\ce{C}\)。
结果已与主办方公布的官方答案核对。
IChO 2003 · Теоретическая задача 21
Определение элемента второго периода по его энергиям ионизации
Какой элемент второго периода (ряда) имеет первые шесть энергий ионизации (\(IE\) в электронвольтах, эВ), приведённые ниже?
| \(IE_1\) | \(IE_2\) | \(IE_3\) | \(IE_4\) | \(IE_5\) | \(IE_6\) |
|---|---|---|---|---|---|
| 11 | 24 | 48 | 64 | 392 | 490 |
a) \(\ce{B}\) ( )
b) \(\ce{C}\) ( )
c) \(\ce{N}\) ( )
d) \(\ce{O}\) ( )
e) \(\ce{F}\) ( )
Условие переведено с официального английского текста.
Ответы
- b) Углерод, \(\ce{C}\). Отметьте поле рядом с вариантом b).
Решение
21. Определяющим признаком является резкое увеличение энергии ионизации при переходе от четвёртой к пятой:
\[ IE_4=64\ \mathrm{eV}, \qquad IE_5=392\ \mathrm{eV}. \]
Этот скачок указывает на то, что при удалении первых четырёх электронов внешняя оболочка полностью опустошается. Пятый электрон приходится удалять уже с внутренней оболочки, где электроны значительно сильнее связаны с ядром. Таким образом, у элемента четыре валентных электрона.
Элемент второго периода с четырьмя валентными электронами — углерод, электронная конфигурация которого в основном состоянии имеет вид
\[ 1s^2\,2s^2\,2p^2. \]
При первых четырёх ионизациях удаляются два \(2p\)-электрона и два \(2s\)-электрона. При пятой и шестой удаляются два \(1s\)-электрона внутренней оболочки, что объясняет значительно более высокие энергии этих ионизаций.
Следовательно, правильный ответ — b) \(\ce{C}\).
Ответы проверены по официальным ответам, опубликованным организаторами.
IChO 2003 · مسألة نظرية 21
تحديد عنصر من الدورة الثانية من طاقات تأينه
ما العنصر من الدورة (الصف) الثانية الذي تكون طاقات التأين الست الأولى له (\(IE\) بوحدة الإلكترون فولت، eV) كما هي مدرجة أدناه؟
| \(IE_1\) | \(IE_2\) | \(IE_3\) | \(IE_4\) | \(IE_5\) | \(IE_6\) |
|---|---|---|---|---|---|
| 11 | 24 | 48 | 64 | 392 | 490 |
a) \(\ce{B}\) ( )
b) \(\ce{C}\) ( )
c) \(\ce{N}\) ( )
d) \(\ce{O}\) ( )
e) \(\ce{F}\) ( )
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي.
الإجابات
- b) الكربون، \(\ce{C}\). ضع علامة في المربع بجانب الخيار b).
الحل
21. السمة الحاسمة هي الزيادة الكبيرة بين طاقتي التأين الرابعة والخامسة:
\[ IE_4=64\ \mathrm{eV}, \qquad IE_5=392\ \mathrm{eV}. \]
تشير هذه القفزة إلى أن نزع الإلكترونات الأربعة الأولى يُفرغ الغلاف الخارجي. وعندئذٍ لا بد من نزع الإلكترون الخامس من غلاف داخلي، حيث تكون الإلكترونات أشد ارتباطًا بالنواة بكثير. ومن ثم، فإن للعنصر أربعة إلكترونات تكافؤ.
العنصر الذي يقع في الدورة الثانية وله أربعة إلكترونات تكافؤ هو الكربون، وتوزيعه الإلكتروني في الحالة الأرضية هو
\[ 1s^2\,2s^2\,2p^2. \]
تؤدي عمليات التأين الأربع الأولى إلى نزع إلكتروني \(2p\) وإلكتروني \(2s\). أما عمليتا التأين الخامسة والسادسة فتؤديان إلى نزع إلكتروني \(1s\) من الغلاف الداخلي، وهو ما يفسر ارتفاع طاقتي تأينهما بدرجة كبيرة.
لذلك، فإن الخيار الصحيح هو b) \(\ce{C}\).
تمت مراجعة النتائج بمقارنتها بالنتائج الرسمية التي نشرها المنظمون.