Строение атома: разбор темы для ЕГЭ по химии

Атом состоит из ядра и электронной оболочки. Ядро содержит протоны (p) и нейтроны (n). Число протонов определяет заряд ядра и номер элемента в периодической таблице (Z). Сумма протонов и нейтронов называется массовым числом (A).

Формула для расчета числа нейтронов: N = A - Z.

Пример: для атома хлора-35 (Cl-35) Z=17, A=35, значит нейтронов 35-17=18.

На ЕГЭ часто просят определить состав ядра по положению элемента или по массовому числу.

Изотопы — разновидности атомов одного химического элемента, имеющие одинаковое число протонов (заряд ядра), но разное число нейтронов. Из-за разного массового числа изотопы имеют разные физические свойства, но практически одинаковые химические.

Примеры: водород имеет три изотопа: протий (1p, 0n), дейтерий (1p, 1n), тритий (1p, 2n). Для хлора известны Cl-35 и Cl-37.

На ЕГЭ могут попросить рассчитать среднюю атомную массу элемента с учетом распространенности изотопов.

Электроны в атоме располагаются на энергетических уровнях (n=1,2,3,...) и подуровнях (s, p, d, f). Каждый подуровень состоит из определенного числа орбиталей: s-1, p-3, d-5, f-7. На каждой орбитали может находиться не более двух электронов (принцип Паули).

Порядок заполнения подуровней определяется правилами Клечковского: сначала заполняются подуровни с меньшей суммой n+l, при одинаковой сумме — с меньшим n.

Последовательность: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s < 5f < 6d < 7p.

На ЕГЭ требуется записывать электронные конфигурации для элементов 1-4 периодов, а также учитывать особенности (например, провал электрона у меди и хрома).

Для элементов первых четырех периодов важно уметь записывать полные и сокращенные электронные конфигурации, а также определять валентные электроны. Валентные электроны — это электроны внешнего и предвнешнего уровней, участвующие в образовании химических связей.

Для элементов главных подгрупп валентные электроны находятся на внешнем уровне (s и p). Для побочных — на внешнем s и предвнешнем d.

На ЕГЭ часто просят сравнить свойства элементов на основе строения атома. Например, объяснить, почему радиус атома уменьшается в периоде и увеличивается в группе.

Атом может находиться в основном состоянии (минимальная энергия, все электроны на своих местах) и в возбужденном (один или несколько электронов переходят на более высокие орбитали). Возбуждение происходит при поглощении энергии (например, при нагревании).

На ЕГЭ проверяют умение определять возможные степени окисления элемента на основе числа неспаренных электронов в основном и возбужденном состояниях. Например, для серы в основном состоянии 2 неспаренных электрона (3p4), а в возбужденном — 4 или 6.

Важно помнить, что возбужденное состояние нестабильно, и электроны быстро возвращаются обратно.