Задание 1 ЕГЭ по химии проверяет знание современной модели строения атома, распределения электронов по энергетическим уровням, классификации химических элементов и особенностей строения энергетических уровней атомов. В этом задании требуется продемонстрировать понимание электронной конфигурации атомов и валентных электронов.
Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся вокруг ядра. Электроны располагаются на энергетических уровнях (электронных слоях), которые обозначаются цифрами 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 или буквами K, L, M, N, O, P, Q.
Максимальное число электронов на энергетическом уровне определяется формулой 2n², где n – номер уровня:
Каждый энергетический уровень состоит из подуровней, которые обозначаются буквами s, p, d, f:
Порядок заполнения подуровней определяется правилом Клечковского: сначала заполняются подуровни с меньшей суммой (n+l), где n – номер уровня, l – орбитальное квантовое число (для s-подуровня l=0, для p-подуровня l=1, для d-подуровня l=2, для f-подуровня l=3). При одинаковой сумме (n+l) сначала заполняется подуровень с меньшим n.
Электронная конфигурация атома – это распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням. Она записывается с использованием символов подуровней и числа электронов на них в виде верхнего индекса.
Например, электронная конфигурация атома натрия (Na, Z=11): 1s²2s²2p⁶3s¹
Валентные электроны – это электроны, которые участвуют в образовании химических связей. Обычно это электроны внешнего энергетического уровня, а для d-элементов – также электроны предпоследнего уровня.
В зависимости от того, какой подуровень заполняется последним, элементы делятся на:
В основном состоянии электроны атома занимают орбитали с минимальной энергией в соответствии с принципом Паули и правилом Хунда. В возбужденном состоянии один или несколько электронов переходят на орбитали с более высокой энергией.
Определите число p-электронов в атоме фосфора в основном состоянии.
Ответ: 9
Фосфор (P) имеет порядковый номер 15 в Периодической системе, значит, в его атоме 15 электронов.
Электронная конфигурация атома фосфора: 1s²2s²2p⁶3s²3p³
Подсчитаем число p-электронов:
2p⁶ - 6 электронов
3p³ - 3 электрона
Всего p-электронов: 6 + 3 = 9
Определите элемент, в атоме которого в основном состоянии содержится 5 электронов на d-подуровне.
Ответ: Mn (марганец)
Если на d-подуровне содержится 5 электронов, то это может быть элемент, у которого заполняется 3d-подуровень или 4d-подуровень.
Рассмотрим элементы 4-го периода, у которых заполняется 3d-подуровень:
Sc (Z=21): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹ - 1 электрон на d-подуровне
Ti (Z=22): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d² - 2 электрона на d-подуровне
V (Z=23): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d³ - 3 электрона на d-подуровне
Cr (Z=24): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d⁵ - 5 электронов на d-подуровне
Mn (Z=25): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁵ - 5 электронов на d-подуровне
Видим, что у хрома (Cr) и марганца (Mn) на d-подуровне содержится по 5 электронов. Однако, у хрома это связано с особенностью заполнения (один электрон с 4s-подуровня переходит на 3d-подуровень), а у марганца это соответствует нормальному порядку заполнения.
Таким образом, элемент, в атоме которого в основном состоянии содержится 5 электронов на d-подуровне, - это марганец (Mn).
| Понятие | Определение |
|---|---|
| Атом | Электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов |
| Энергетический уровень | Слой электронов, находящихся на примерно одинаковом расстоянии от ядра и обладающих близкой энергией |
| Подуровень | Часть энергетического уровня, состоящая из орбиталей одного типа (s, p, d, f) |
| Орбиталь | Область пространства вокруг ядра атома, в которой наиболее вероятно нахождение электрона |
| Электронная конфигурация | Распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням |
| Валентные электроны | Электроны, участвующие в образовании химических связей (обычно электроны внешнего уровня) |
Закрепите теорию на практике! Попробуйте решить несколько вариантов задания 1.