Просто УрокЗадание 1: строение атома
Разберём «Задание 1: строение атома» по шагам: короткая теория, наглядный пример, разбор типового задания и ловушки, на которых теряют баллы. В конце — что запомнить и где закрепить на практике.
Строение атома в первом задании ЕГЭ: базовые понятия
Первый номер на экзамене по химии кажется простым, но именно на нем многие теряют обидный первичный балл из-за спешки или путаницы в терминах. Если ты путаешь внешние электроны с валентными или забываешь, чем конфигурация иона отличается от нейтрального атома, этот разбор поможет разложить всю теорию по полочкам и гарантированно забрать свой балл в блоке подготовки к ЕГЭ.
Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженной электронной оболочки. Ядро образовано протонами и нейтронами. Порядковый номер химического элемента в таблице Менделеева численно равен заряду ядра, числу протонов и общему числу электронов в нейтральном атоме. Номер периода указывает на количество энергетических уровней (электронных слоев), а номер группы для элементов главных подгрупп (s- и p-элементов) показывает число электронов на внешнем уровне.
Каждый энергетический уровень состоит из подуровней: s, p, d и f. На s-подуровне располагается максимум 2 электрона (1 орбиталь), на p-подуровне — максимум 6 электронов (3 орбитали), на d-подуровне — максимум 10 электронов (5 орбиталей). В рамках спецификации первого задания проверяются элементы первых четырех периодов (от водорода до криптона, от Z = 1 до Z = 36).
Правила заполнения орбиталей и валентные электроны
Заполнение электронных оболочек происходит по трем базовым принципам: принципу наименьшей энергии, правилу Хунда и принципу запрета Паули. Электроны сначала занимают орбитали с минимальной энергией в последовательности: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p. Обрати внимание, что 4s-подуровень заполняется раньше, чем 3d-подуровень, так как обладает меньшей энергией.
Правило Хунда гласит: в пределах одного подуровня электроны сначала занимают свободные орбитали по одному с параллельными спинами, и только затем происходит спаривание. От этого напрямую зависит количество неспаренных электронов в основном состоянии атома. Если тебе сложно с ходу рисовать квантовые ячейки, всегда полезна бесплатная практика в личном кабинете, где можно отработать базовые алгоритмы на тренажере.
| Тип элемента | Расположение валентных электронов | Пример элемента | Электронная формула |
|---|---|---|---|
| s-элемент | Только внешний s-подуровень (ns) | Кальций (Ca, Z=20) | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² |
| p-элемент | Внешние s- и p-подуровни (ns, np) | Сера (S, Z=16) | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴ |
| d-элемент | Внешний s- и предвнешний d-подуровни (ns, (n-1)d) | Титан (Ti, Z=22) | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d² 4s² |
Всегда различай понятия «внешние электроны» и «валентные электроны». Для s- и p-элементов эти числа совпадают. Но у d-элементов 4-го периода на внешнем слое находится всего 1 или 2 электрона (на 4s), тогда как валентными являются электроны и 4s-, и 3d-подуровней.
Электронные конфигурации ионов и проскок электрона
При образовании положительно заряженных ионов (катионов) атом отдает электроны, причем сначала они уходят с самого внешнего энергетического уровня. У d-элементов четвертого периода электроны сначала отщепляются с 4s-подуровня, и только затем — с 3d-подуровня. Например, атом железа Fe имеет конфигурацию ...3d⁶ 4s², катион Fe²⁺ имеет конфигурацию ...3d⁶ 4s⁰, а катион Fe³⁺ — конфигурацию ...3d⁵ 4s⁰.
При образовании отрицательно заряженных ионов (анионов) неметаллы принимают электроны на внешний уровень до завершения октета (8 электронов), приобретая конфигурацию ближайшего благородного газа. Так, ион хлорида Cl⁻ имеет формулу 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶, аналогичную атому аргона Ar.
У хрома (Cr, Z=24) и меди (Cu, Z=29) наблюдается «провал» (проскок) электрона с 4s-подуровня на 3d-подуровень. Конфигурация хрома: ...3d⁵ 4s¹ (полузаполненный устойчивый d-слой), а меди: ...3d¹⁰ 4s¹ (полностью завершенный d-слой). Не пиши для них 4s².
Пошаговый разбор типового задания 1 из экзамена
Рассмотрим реальную экзаменационную формулировку. Дается единый ряд из пяти химических элементов: 1) Na, 2) Cr, 3) P, 4) Sc, 5) O. Условие: «Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии имеют одинаковое число неспаренных электронов. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов».
Шаг 1. Составим конфигурации валентных электронов для каждого элемента в основном состоянии:
1) Na (Z = 11): 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ → на 3s-подуровне 1 неспаренный электрон.
2) Cr (Z = 24): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ 4s¹ → 5 электронов на 3d и 1 на 4s, суммарно 6 неспаренных электронов.
3) P (Z = 15): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³ → на 3p-подуровне 3 орбитали с 1 электроном, суммарно 3 неспаренных электрона.
4) Sc (Z = 21): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s² → на 4s электроны спарены, на 3d находится 1 неспаренный электрон.
5) O (Z = 8): 1s² 2s² 2p⁴ → на 2p-подуровне 1 пара и 2 неспаренных электрона, суммарно 2 неспаренных электрона.
Шаг 2. Сравним полученные значения: Na (1), Cr (6), P (3), Sc (1), O (2).
Одинаковое число неспаренных электронов (по одному) имеют натрий (1) и скандий (4).
Ответ: 14.
Для безошибочного решения подобных заданий за минуту полезно заранее довести составление конфигураций до автоматизма. Ты можешь протестировать свою скорость, выполнив несколько вариантов через систему онлайн-тестирования.
Типичные ошибки выпускников при выполнении задания 1
Первая распространенная ошибка — невнимательное прочтение вопроса. Авторы КИМ могут спросить число неспаренных электронов, число электронов на внешнем уровне, число полностью заполненных подуровней или количество p-электронов. Если в вопросе звучит «внешний уровень», для d-элементов смотрят только на 4s-подуровень, игнорируя 3d.
Вторая ошибка — игнорирование разницы между основным и возбужденным состоянием атома. В основном состоянии электроны занимают энергетически выгодные позиции. Возбужденное состояние возникает при получении энергии, когда спаренные электроны распариваются и переходят на свободные орбитали того же уровня (например, у фосфора переход 3s² 3p³ → 3s¹ 3p³ 3d¹).
Третья ошибка — забывание проскока электрона у Cr и Cu при подсчете числа s-электронов. У обоих этих элементов на 4s-подуровне находится всего 1 электрон, а не 2, как у большинства металлов четвертого периода.
Что запомнить для успешной сдачи
Для решения первого номера ЕГЭ четко выучи три вещи: электронные формулы атомов первых четырех периодов, специфику d-элементов (проскок электрона у Cr и Cu, различие внешних и валентных электронов) и правила отщепления электронов при образовании катионов с внешнего 4s-слоя.
Чтобы закрепить материал на практике и не терять баллы на экзамене, зарегистрируйся в нашей системе и реши 5 тематических заданий бесплатно прямо сейчас. Это займет не более семи минут и позволит сразу выявить слабые места.
Сколько валентных электронов у элементов побочных подгрупп?
У d-элементов (побочные подгруппы) валентными являются электроны внешнего s-подуровня и предвнешнего незаполненного d-подуровня. Например, у марганца (Mn) конфигурация валентного слоя равна 3d⁵ 4s², то есть у него 7 валентных электронов.
Чем отличается конфигурация иона от конфигурации атома?
При образовании катиона атом теряет электроны с внешних орбиталей (у d-элементов сначала уходят 4s-электроны), а при образовании аниона — принимает недостающие электроны на незаполненный внешний подуровень до устойчивой восьмиэлектронной оболочки.
Какие элементы называют электронными аналогами?
Электронными аналогами называют элементы одной подгруппы с одинаковой конфигурацией внешнего электронного слоя. Например, кислород (2s² 2p⁴) и сера (3s² 3p⁴) являются полными электронными аналогами.
Как закрепить тему после разбора?
Сразу после изучения теории составь электронно-графические формулы первых 36 элементов от H до Kr, а затем перейди в личный кабинет и реши блок из 10–15 типовых задач №1 разного уровня сложности для закрепления алгоритма.
Закрепить тему на практике
Теория без практики забывается за неделю. В личном кабинете Просто Урок — задания именно по этой теме с проверкой каждого шага. Регистрация бесплатная.