Егэ по химии теория для первого задания

ЗАНЯТИЕ 1. СТРОЕНИЕ АТОМА И ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН

А том – сложная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.

КАК ЗАПОЛНЯЮТСЯ ОРБИТАЛИ?

Э лектроны заполняют орбитали в соответствии с 3 принципами (правилами).

1. Принцип минимума энергии. Электрон «стремится» занять положени в атоме с наименьшей энергией. То есть электроны сначала «заселяют» низкоэнергетические орбитали. Рейтинг желаемых орбиталей выглядит так: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5р⁶6s²5d¹4f¹⁴… 
   Как будто электроны сначала выбирают малозаселённые этажи с небольшим количеством квартир.

2. Принцип Паули. В атоме не может быть двух электронов с одинаковыми свойствами. То есть на каждой орбитали может находиться либо один неспаренный электрон, либо два электрона с разными спинами. Это похоже на дорогу с двусторонним движением: либо едет один автомобиль, либо два, но навстречу друг другу.

3. Правило Хунда. Наиболее устойчивое (основное) состояние атома достигается тогда, когда на одном уровне находится как можно больше неспаренных электронов. Можно провести такую аналогию: электроны сначала селятся по одному, а потом ищут себе пару.

ЗАНЯТИЕ 2. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ В ПЕРИОДАХ И ГРУППАХ

ЗАНЯТИЕ 3. ТИПЫ ХИМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ

ЗАНЯТИЕ 4. КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

ЗАНЯТИЕ 5. ОКСИДЫ И ОСНОВАНИЯ. ИХ СВОЙСТВА И СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ

Общие методы получения оксидов:

1. Окисление простых и сложных веществ кислородом:

ОСНОВНЫЕ ОКСИДЫ

+ кислотный оксид

Основный оксид + кислота = соль (ПРИ НАГРЕВАНИИ!)

+ амфотерный оксид

Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов реагируют с водой с образованием оснований:

Полный курс подготовки к ЕГЭ по химии-2023. Здесь приведена теория по каждому заданию в соответствии с спецификацией и кодификатором ЕГЭ по химии. Учебные материалы и теория, необходимые для подготовки к ЕГЭ по химии.

Вы можете поддержать работу сайта, разработку новых материалов и тестов. Донаты принимаются через форму:

Обратите внимание! Форма выше — это не оплата курса по химии, это форма для сбора донатов на работу сайта)

Кодификатор ЕГЭ по химии-2022

1.1.1. Строение электронных оболочек атомов элементов первых четырех периодов: s-, p- и d-элементы.   Электронная конфигурация атомов и ионов. Основное и возбужденное состояния атомов

Тренировочные тесты в формате ЕГЭ по теме «Строение атома» (задание 1 ЕГЭ по химии) ( с ответами)

1.2. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева

Тренировочные тесты в формате ЕГЭ по теме «Периодический закон» (задание 2 ЕГЭ по химии) ( с ответами)

1.2.1. Закономерности изменения свойств элементов и их соединений по периодам и группам

1.2.2. Общая характеристика металлов IА–IIIА групп в связи с их положением в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностями строения их атомов.

1.2.3. Характеристика переходных элементов (меди, цинка, хрома, железа) по их положению в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностям строения их атомов

1.2.4. Общая характеристика неметаллов IVА–VIIА групп в связи с их положением в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностями строения их атомов

1.3. Химическая связь и строение вещества

1.3.1. Ковалентная химическая связь, ее разновидности и механизмы образования. Характеристики ковалентной связи (полярность и энергия связи). Ионная связь. Металлическая связь. Водородная связь

Тренировочные тесты в формате ЕГЭ по теме «Химические связи» (задание 4 ЕГЭ по химии) ( с ответами)

1.3.2. Электроотрицательность. Степень окисления и валентность химических элементов

Тренировочные тесты в формате ЕГЭ по теме «Степень окисления и валентность» (задание 3 ЕГЭ по химии) ( с ответами)

1.3.3. Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Тип кристаллической решетки. Зависимость свойств веществ от их состава и строения

1.4. Химическая реакция

1.4.1. Классификация химических реакций в неорганической и органической химии

1.4.2. Тепловой эффект химической реакции. Термохимические уравнения

1.4.3. Скорость реакции, ее зависимость от различных факторов

Тренировочные тесты в формате ЕГЭ по теме «Скорость реакции» (задание 20 ЕГЭ по химии) ( с ответами)

1.4.4. Обратимые и необратимые химические реакции. Химическое равновесие. Смещение химического равновесия под действием различных факторов

Тренировочные тесты в формате ЕГЭ по теме «Химическое равновесие реакции» (задание 24 ЕГЭ по химии) ( с ответами)

1.4.5. Электролитическая диссоциация электролитов в водных растворах. Сильные и слабые электролиты

1.4.6. Реакции ионного обмена

1.4.7. Гидролиз солей. Среда водных растворов: кислая, нейтральная, щелочная

Тренировочные тесты в формате ЕГЭ по теме «Гидролиз» (задание 23 ЕГЭ по химии) ( с ответами)

1.4.8. Реакции окислительно-восстановительные. Коррозия металлов и способы защиты от нее

Тренировочные тесты в формате ЕГЭ по теме «Окислительно-восстановительные реакции» (задание 21 ЕГЭ по химии) ( с ответами)

1.4.9. Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей, кислот)

Тренировочные тесты в формате ЕГЭ по теме «Электролиз» (задание 22 ЕГЭ по химии) ( с ответами)

1.4.10. Ионный (правило В.В. Марковникова) и радикальный механизмы реакций в органической химии

2. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

2.1. Классификация неорганических веществ. Номенклатура неорганических веществ (тривиальная и международная)

Тренировочные тесты в формате ЕГЭ по теме «Классификация неорганических веществ» (задание 5 ЕГЭ по химии) ( с ответами)

2.2. Характерные химические свойства простых веществ – металлов: щелочных, щелочноземельных, магния, алюминия; переходных металлов (меди, цинка, хрома, железа)

2.3. Характерные химические свойства простых веществ – неметаллов: водорода, галогенов, кислорода, серы, азота, фосфора, углерода, кремния

2.4. Характерные химические свойства оксидов: основных, амфотерных, кислотных

2.5. Характерные химические свойства оснований и амфотерных гидроксидов

2.6. Характерные химические свойства кислот

2.7. Характерные химические свойства солей: средних, кислых, основных; комплексных (на примере соединений алюминия и цинка)

2.8. Взаимосвязь различных классов неорганических веществ

3. ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

3.1. Теория строения органических соединений: гомология и изомерия (структурная и пространственная). Взаимное влияние атомов в молекулах

3.2. Типы связей в молекулах органических веществ. Гибридизация атомных орбиталей углерода. Радикал. Функциональная группа

3.3. Классификация органических веществ. Номенклатура органических веществ (тривиальная и международная)

3.4. Характерные химические свойства углеводородов: алканов, циклоалканов, алкенов, диенов, алкинов, ароматических углеводородов (бензола и гомологов бензола, стирола)

3.5. Характерные химические свойства предельных одноатомных и многоатомных спиртов, фенола.

3.6. Характерные химические свойства альдегидов, карбоновых кислот, сложных эфиров

3.7. Характерные химические свойства азотсодержащих органических соединений: аминов и аминокислот. Важнейшие способы получения аминов и аминокислот

3.8. Биологически важные вещества: жиры, белки, углеводы (моносахариды, дисахариды, полисахариды)

3.9. Взаимосвязь органических соединений

4. МЕТОДЫ ПОЗНАНИЯ В ХИМИИ. ХИМИЯ И ЖИЗНЬ

4.1. Экспериментальные основы химии

4.1.1. Правила работы в лаборатории. Лабораторная посуда и оборудование. Правила безопасности при работе с едкими, горючими и токсичными веществами, средствами бытовой химии

4.1.2. Научные методы исследования химических веществ и превращений. Методы разделения смесей и очистки веществ

4.1.3. Определение характера среды водных растворов веществ. Индикаторы

4.1.4. Качественные реакции на неорганические вещества и ионы

4.1.5. Качественные реакции органических соединений

4.1.6. Основные способы получения (в лаборатории) конкретных веществ, относящихся к изученным классам неорганических соединений

4.1.7. Основные способы получения углеводородов (в лаборатории): алканов, алкенов, алкинов, циклоалканов, алкадиенов, аренов

4.1.8. Основные способы получения органических кислородсодержащие соединений (в лаборатории): спиртов, альдегидов и кетонов, карбоновых кислот

4.2.1. Понятие о металлургии: общие способы получения металлов

4.2.2. Общие научные принципы химического производства (на примере промышленного получения аммиака, серной кислоты, метанола). Химическое загрязнение окружающей среды и его последствия

4.2.3. Природные источники углеводородов, их переработка

4.2.4. Высокомолекулярные соединения. Реакции полимеризации и поликонденсации. Полимеры. Пластмассы, волокна, каучуки

4.3. Расчеты по химическим формулам и уравнениям реакций

4.3.1. Расчеты с использованием понятия «массовая доля вещества в растворе»

4.3.2. Расчеты объемных отношений газов при химических реакциях

4.3.3. Расчеты массы вещества или объема газов по известному количеству вещества, массе или объему одного из участвующих в реакции веществ

4.3.4. Расчеты теплового эффекта реакции

4.3.5. Расчеты массы (объема, количества вещества) продуктов реакции, если одно из веществ дано в избытке (имеет примеси)

4.3.6. Расчеты массы (объема, количества вещества) продукта реакции, если одно из веществ дано в виде раствора с определенной массовой долей растворенного вещества

4.3.7. Установление молекулярной и структурной формулы вещества

4.3.8. Расчеты массовой или объемной доли выхода продукта реакции от теоретически возможного

4.3.9. Расчеты массовой доли (массы) химического соединения в смеси

Курс подготовки к ЕГЭ или ОГЭ (ГИА) по химии:

Общая химия

Часть 1. Строение вещества

1. Строение атома. Электронные формулы атомов

2. Периодический закон

3. Строение молекул. Типы химических связей. Основные характеристики ковалентной связи. Межмолекулярные связи

4. Строение вещества (кристаллические решетки). Основные физические свойства различных кристаллов

5. Степень окисления и валентность химических элементов.

Часть 2. Основы неорганической химии

1. Классификация неорганических веществ

2. Номенклатура неорганических веществ

3. Способы получения оксидов

4. Химические свойства основных оксидов

5. Химические свойства кислотных оксидов

6. Химические свойства амфотерных оксидов

7. Химические свойства и способы получения кислот

8. Химические свойства и способы получения солей

9. Химические свойства и способы получения оснований

10. Взаимосвязь основных классов неорганических веществ

11. Бинарные соединения — гидриды.

12. Реакции разложения в неорганической химии

Часть 3. Физико-химия растворов:

1. Понятие о растворах,  растворимость

2. Теория электролитической диссоциации

3. Реакции ионного обмена

4. Гидролиз.

Часть 4. Окислительно-восстановительные реакции

1. Окислительно-восстановительные реакции.

2. Электролиз солей.  Электролиз солей карбоновых кислот. Коррозия. 

Часть 5. Особенности работы в лаборатории

Часть 6. Химические реакции. Закономерности их протекания

1. Классификация химических реакций.

2. Кинетика  (скорость) химических реакций и ее зависимость от разных факторов.

3. Термодинамика химических реакций: химическое равновесие и его смещение.

Органическая химия

1. Теория строения органических веществ. Классификация органических веществ. Гомологи и изомеры. Виды изомерии.

2. Алканы: химические и физические свойства, строение, получение, изомерия. 

3. Алкены: химические и физические свойства, строение, получение, изомерия. 

4. Алкины: химические и физические свойства, строение, получение, изомерия. 

5. Алкадиены: химические и физические свойства, строение, получение, изомерия. 

6. Арены: химические и физические свойства, строение, получение, изомерия. 

7. Циклоалканы: химические и физические свойства, строение, получение, изомерия. 

8. Спирты: химические и физические свойства, строение, изомерия и способы получения. Фенолы: химические свойства, способы получения, строение и изомерия.

9. Альдегиды и кетоны: химические и физические свойства, строение и изомерия, получение.

10. Карбоновые кислоты: химические и физические свойства, строение, номенклатура и изомерия, способы получения.

11. Сложные эфиры: химические и физические свойства, строение, получение, изомерия.

12. Жиры: химические и физические свойства, строение, получение.

13. Углеводы: химические и физические свойства, строение, получение.

14. Амины: химические и физические свойства, строение, получение, изомерия.

15. Аминокислоты: химические и физические свойства, строение, получение, изомерия.

16. Белки: химические и физические свойства, строение и получение.

17. Взаимосвязь разных классов органических веществ.

18. Качественные реакции в органической химии.

Характерные реакции в органической химии:

Реакция Дюма   Электролиз солей карбоновых кислот      Пиролиз метана       Реакция Вагнера

Химия элементов

Часть 1. Химия щелочных металлов и их соединений.  Пероксиды щелочных металлов. Гидроксиды щелочных металлов.

Часть 2. Химия щелочноземельных металлов. Оксиды щелочноземельных металлов. Гидроксиды щелочноземельных металлов.

Часть 3. Химия алюминия и его соединений. Оксид алюминия. Гидроксид алюминия. Соли алюминия.

Часть 4.  Химия углерода. Оксид углерода (II)  и оксид углерода (IV). Угольная кислота и ее соли (карбонаты и гидрокарбонаты).

Часть 5. Химия кремния. Оксид кремния (IV). Кремниевая кислота. Силан. Силикаты.

Часть 6. Химия азота и его соединений. Оксиды азота. Аммиак. Нитриды. Азотная кислота и азотистая кислота. Нитраты.

Часть 7. Химия фосфора и его соединений. Фосфин. Фосфиды металлов. Оксиды фосфора III и V. Фосфорные кислоты и их соли (фосфаты, гидрофосфаты и дигидрофосфаты, пирофосфаты и метафосфаты). Фосфористая кислота.

Часть 8. Химия кислорода и его соединений.

Часть 9. Химия серы и ее соединений. Сероводород и сульфиды. Оксиды серы – сернистый газ и серный ангидрид. Серная кислота и ее свойства. Сернистая кислота. Особенности химии сульфатов и сульфитов.

Часть 10. Химия галогенов и их соединений.

Часть 11. Химия d-элементов: железа, хрома, цинка,  меди.

Часть 12. Химия водорода и его соединений.

Задачи: базовый блок

1. Атомно -молекулярное учение

2. Способы выражения концентрации в растворах: массовая доля, растворимость, молярная концентрация.

3. Расчеты по уравнению реакции

4. Задачи на избыток-недостаток

5. Задачи на примеси

6. Задачи на выход

Задачи повышенной сложности

1. Задачи на электролиз

2. Задачи на кристаллогидраты

3. Задачи на пластинки

4. Задачи на порции

5. Неполное разложение

6. Задачи на альтернативные реакции (кислые/средние соли, амфотерность)

7. Задачи на атомистику

8. Задачи на смеси и сплавы

9. Задачи на растворимость

Диагностические и тренировочные работы

Все реальные варианты КИМ ЕГЭ по химии

Тренировочная работа по химии в формате ЕГЭ 26 октября 2017 года

Тренировочная работа по химии для 11 классов 30 ноября 2017 года

Досрочный ЕГЭ по химии 25.03.2019

Видеоопыты

Видеоопыты по общей и неорганической химии

Видеоопыты по органической химии

Спецификация ЕГЭ по химии-2022

Атомно-молекулярное учение

Мы приступаем к изучению химии — мира молекул и атомов. В этой статье мы рассмотрим базисные понятия и разберемся с электронными
формулами элементов.

Атом (греч. а — отриц. частица + tomos — отдел, греч. atomos — неделимый) — электронейтральная частица вещества микроскопических
размеров и массы, состоящая из положительно заряженного ядра (протонов) и отрицательно заряженных электронов (электронные орбитали).

Описываемая модель атома называется «планетарной» и была предложена в 1913 году великими физиками: Нильсом Бором и Эрнестом Резерфордом

Протон (греч. protos — первый) — положительно заряженная (+1) элементарная частица, вместе с нейтронами образует ядра атомов
элементов. Нейтрон (лат. neuter — ни тот, ни другой) — нейтральная (0) элементарная частица, присутствующая в ядрах всех
химических элементов, кроме водорода.

Электрон (греч. elektron — янтарь) — стабильная элементарная частица с отрицательным электрическим зарядом (-1), заряд атома —
порядковый номер в таблице Менделеева — равен числу электронов (и, соответственно, протонов).

Запомните, что в невозбужденном состоянии атом содержит одинаковое число электронов и протонов. Так у кальция (порядковый номер 20)
в ядре находится 20 протонов, а вокруг ядра на электронных орбиталях 20 электронов.

Я еще раз подчеркну эту важную деталь. На данном этапе будет отлично, если вы запомните простое правило:
порядковый номер элемента = числу электронов. Это наиболее важно для практического применения и изучения следующей темы.

Электронная конфигурация атома

Электроны атома находятся в непрерывном движении вокруг ядра. Энергия электронов отличается друг от друга, в соответствии с этим
электроны занимают различные энергетические уровни.

Энергетические уровни подразделяются на несколько подуровней:

• Первый уровень

Состоит из s-подуровня: одной «1s» ячейки, в которой помещаются 2 электрона (заполненный электронами — 1s²)

• Второй уровень

Состоит из s-подуровня: одной «s» ячейки (2s²) и p-подуровня: трех «p» ячеек (2p⁶), на которых
помещается 6 электронов

• Третий уровень

Состоит из s-подуровня: одной «s» ячейки (3s²), p-подуровня: трех «p» ячеек (3p⁶) и d-подуровня:
пяти «d» ячеек (3d¹⁰), в которых помещается 10 электронов

• Четвертый уровень

Состоит из s-подуровня: одной «s» ячейки (4s²), p-подуровня: трех «p» ячеек (4p⁶), d-подуровня:
пяти «d» ячеек (4d¹⁰) и f-подуровня: семи «f» ячеек (4f¹⁴), на которых помещается 14
электронов

Зная теорию об энергетических уровнях и порядковый номер элемента из таблицы Менделеева, вы должны расположить определенное число
электронов, начиная от уровня с наименьшей энергией и заканчивая к уровнем с наибольшей. Чуть ниже вы увидите несколько примеров, а
также узнаете об исключении, которое только подтверждает данные правила.

Подуровни: «s», «p» и «d», которые мы только что обсудили, имеют в определенную конфигурацию в пространстве. По этим подуровням, или
атомным орбиталям, движутся электроны, создавая определенный «рисунок».

S-орбиталь похожа на сферу, p-орбиталь напоминает песочные часы, d-орбиталь — клеверный лист.

Правила заполнения электронных орбиталей и примеры

Существует ряд правил, которые применяют при составлении электронных конфигураций атомов:

• Сперва следует заполнить орбитали с наименьшей энергией, и только после переходить к энергетически более высоким
• На орбитали (в одной «ячейке») не может располагаться более двух электронов
• Орбитали заполняются электронами так: сначала в каждую ячейку помещают по одному электрону, после чего орбитали дополняются
  еще одним электроном с противоположным направлением
• Порядок заполнения орбиталей: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s

Должно быть, вы обратили внимание на некоторое несоответствие: после 3p подуровня следует переход к 4s, хотя логично было
бы заполнить до конца 4s подуровень. Однако природа распорядилась иначе.

Запомните, что, только заполнив 4s подуровень двумя электронами, можно переходить к 3d подуровню.

Без практики теория мертва, так что приступает к тренировке. Нам нужно составить электронную конфигурацию атомов углерода и
серы. Для начала определим их порядковый номер, который подскажет нам число их электронов. У углерода — 6, у серы — 16.

Теперь мы располагаем указанное количество электронов на энергетических уровнях, руководствуясь правилами заполнения.

Обращаю ваше особе внимание: на 2p-подуровне углерода мы расположили 2 электрона в разные ячейки, следуя одному из правил.
А на 3p-подуровне у серы электронов оказалось много, поэтому сначала мы расположили 3 электрона по отдельным ячейкам, а оставшимся
одним электроном дополнили первую ячейку.

Таким образом, электронные конфигурации наших элементов:

• Углерод — 1s²2s²2p²
• Серы — 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

Внешний уровень и валентные электроны

Количество электронов на внешнем (валентном) уровне — это число электронов на наивысшем энергетическом уровне, которого достигает элемент. Такие электроны называются валентными: они могут быть спаренными или неспаренными. Иногда
для наглядного представления конфигурацию внешнего уровня записывают отдельно:

• Углерод — 2s²2p² (4 валентных электрона)
• Сера -3s²3p⁴ (6 валентных электронов)

Неспаренные валентные электроны способны к образованию химической связи. Их число соответствует количеству связей, которые данный атом может образовать с другими атомами. Таким образом неспаренные валентные электроны тесно связаны с валентностью — способностью атомов образовывать определенное число химических связей.

• Углерод — 2s²2p² (2 неспаренных валентных электрона)
• Сера -3s²3p⁴ (2 неспаренных валентных электрона)

Тренировка

Потренируйтесь и сами составьте электронную конфигурацию для магния и скандия. Определите число электронов на внешнем (валентном) уровне и число неспаренных
электронов. Ниже будет дано наглядное объяснение этой задаче.

Запишем получившиеся электронные конфигурации магния и скандия:

• Магний — 1s²2s²2p⁶3s²
• Скандий — 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹
  

В целом несложная и интересная тема электронных конфигураций отягощена небольшим исключением — провалом электрона, которое только подтверждает общее
правило: любая система стремится занять наименее энергозатратное состояние.

Провал электрона

Провалом электрона называют переход электрона с внешнего, более высокого энергетического уровня, на предвнешний, энергетически более
низкий. Это связано с большей энергетической устойчивостью получающихся при этом электронных конфигураций.

Подобное явление характерно лишь для некоторых элементов: медь, хром, серебро, золото, молибден. Для примера выберем хром, и рассмотрим
две электронных конфигурации: первую «неправильную» (сделаем вид, будто мы не знаем про провал электрона) и вторую правильную, написанную
с учетом провала электрона.

Теперь вы понимаете, что кроется под явлением провала электрона. Запишите электронные конфигурации хрома и меди самостоятельно еще раз и
сверьте с представленными ниже.

Основное и возбужденное состояние атома

Основное и возбужденное состояние атома отражаются на электронных конфигурациях. Возбужденное состояние связано с движением электронов
относительно атомных ядер. Говоря проще: при возбуждении пары электронов распариваются и занимают новые ячейки.

Возбужденное состояние является для атома нестабильным, поэтому долгое время в нем он пребывать не может. У некоторых атомов: азота,
кислорода , фтора — возбужденное состояние невозможно, так как отсутствуют свободные орбитали («ячейки») — электронам некуда перескакивать, к тому
же d-орбиталь у них отсутствует (они во втором периоде).

У серы возможно возбужденное состояние, так как она имеет свободную d-орбиталь, куда могут перескочить электроны. Четвертый энергетический
уровень отсутствует, поэтому, минуя 4s-подуровень, заполняем распаренными электронами 3d-подуровень.

По мере изучения основ общей химии мы еще не раз вернемся к этой теме, однако хорошо, если вы уже сейчас запомните, что возбужденное состояние
связано с распаривание электронных пар.

Выпускники, сдающие химию, обычно относятся к заданию 1 несерьезно, считая его слишком легким, не требующим качественной подготовки. И зря — в КИМах часто встречаются сложные вопросы. Школьники, не имеющие хорошей базы, могут ошибиться в них, а значит, потерять баллы на ЕГЭ по химии. 1 задание, теорию которого мы сегодня разберем, требует знаний о строении атома, его электронной конфигурации. 

Электронная конфигурация атома

Во время становления и развития химии было выдвинуто множество теорий о природе атома и его конфигурации. Первую модель строения атома создал Д. Д. Томпсон в начале прошлого века. Она носила название «пудинг с изюмом», так как представляла собой большой положительно заряженный шар, внутри которого располагаются, как изюм, отрицательно заряженные частицы. Новую, более современную модель, создал Э. Резерфорд. Он выяснил, что в состав атома входит тяжелое ядро и легкие электроны, которые вращаются вокруг, но не падают. Самую совершенную на данный момент теорию предложил Нильс Бор. Именно она лежит в основе школьной химии и темы «Строение электронных оболочек атома». Основные моменты: 

• атом состоит из ядра (в нем находятся протоны и нейтроны) и вращающихся вокруг электронов;

• электроны движутся вокруг ядра не по строгим траекториям, а хаотично. Их совокупность и называется электронной оболочкой;

• протон имеет положительный заряд, электрон — отрицательный, а нейтрон нейтрален;

• заряд ядра соответствует номеру в периодической таблице, он равен числу протонов;

• масса атома представляет собой сумму протонов и нейтронов (масса электронов настолько мала, что ей можно пренебречь).

Строение электронных оболочек

Конфигурация электронных оболочек — тема, которая нужна для решения заданий в разделе «Строение атома» в ЕГЭ по химии. Теория по нему также основана на модели Бора. Несмотря на то, что электроны двигаются достаточно хаотично, существуют области, в которых их нахождение наиболее вероятно. Это электронные слои или энергетические уровни. Их обозначают целыми числами, причем, чем больше число, тем дальше слой от ядра. Электроны, находящиеся на одном уровне, способны вращаться по разным траекториям — по подуровням (орбиталям одного типа). Они обозначаются латинскими буквами s, p, d, f. Для характеристики электронных оболочек используют квантовые числа. Главное квантовое число n равно номеру соответствующего уровня, орбитальное l — подуровню (0=s, 1=p, 2=d, 3=f). Существует еще два квантовых числа (магнитное и спиновое), однако в рамках подготовки к ЕГЭ они не так важны. l позволяет рассчитать, сколько орбиталей может быть на одном подуровне: 2l + 1. Существует несколько правил заполнения электронных слоев:

• принцип Паули: в атоме нет электронов, у которых все 4 квантовых числа одинаковы. Это значит, что на одной орбитали располагаются максимум два электрона, причем их спины противоположны.

• правило Хунда: при заполнении подуровня на каждой орбитали сначала располагается по одному электрону (причем спины параллельны) и только потом «подсаживаются» вторые. 

• принцип минимума энергии: заполнение электронами начинается с орбитали с наименьшей энергией. Энергия — сумма главного и спинового чисел n + l. Если у двух орбиталей сумма одинаковая, то первой заполняется та, у которой меньше n.

Электронные формулы элементов первых четырех периодов

Два состояния атома: основное и возбужденное

Тема «Строение атома» на ЕГЭ по химии включает в себя конфигурацию электронных слоев не только в основном состоянии, но и возбужденном. Для начала разберемся, что означает этот термин. Атомы стремятся вступить в реакцию друг с другом и создать химические связи, так как энергетически это более выгодно. Чем больше связей, тем лучше. Однако для их образования необходимо наличие свободных (неспаренных) электронов, которые будут создавать пару с электронами другого атома. Если у частицы есть свободные орбитали, то два электрона могут распариться, и один из них уйдет на нее. Атом получает возможность создать больше связей. Такое состояние называется возбужденным, при написании формул оно обозначается звездочкой. У химического элемента может быть несколько возбужденных состояний. Например, возбужденное состояние бора: 1s²2s¹2p². Электрон с 2s-орбитали перешел на 2p. 

Электронные формулы ионов

Теперь вы на шаг ближе к сдаче экзамена по химии. Строение электронных оболочек атома мы уже разобрали, но есть еще один тип частиц, на который нужно обратить внимание — ионы. Ионами называют заряженные частицы, а их заряд обозначают индексом. Когда атом теряет электроны, он приобретает положительный заряд и становится катионом. Когда атом принимает электроны, он получает отрицательный заряд, его называют анионом. Важный момент: в процессе отдачи и приема электронов участвует только последний, внешний слой. Принцип написания электронных формул у ионов такой же, как у атомов, однако учитывается индекс. Если заряд положительный, то нужно отнимать определенное число электронов, если отрицательный — прибавлять. Атом хлора, например, имеет конфигурацию 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵, а ион Cl^— — 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶.

Как вы видите, задание 1 только кажется простым, но за ним кроется большой объем теоретического материала, поэтому не стоит обходить его стороной приподготовке к ЕГЭ по химии. Строение атома — тема, которая лежит в основе всей химической науки, и если вы поймете ее, вам будет проще не только подготовиться к ЕГЭ, но и изучать предмет дальше. А если в свое время вы не усвоили эту базу и теперь путаетесь, то задумайтесь о записи на курсы подготовки к ЕГЭ в МБШ “Медик”. Приложив немного усилий под руководством опытного преподавателя, вы обязательно разберетесь во всех тонкостях. А мы желаем вам успехов в освоении этой непростой, но интересной науки.

Задание №1 ЕГЭ химия. Теория и практика

Первое задание в ЕГЭ по химии посвящено электронной конфигурации атома. Для его выполнения дается ряд химических элементов, среди которых нужно выбрать два с одинаковым свойством:

— одинаковое число валентных электронов;

— одинаковое количество неспаренных электронов в основном или возбужденном состоянии;

— одна и та же общая электронная конфигурация валентного уровня.

Для правильного выполнения этого задания полезно помнить последовательность заполнения электронами атомных орбиталей, которую можно легко понять и усвоить благодаря данному рисунку:

Рис.1 Порядок заполнения электронами атомных орбиталей.

Атом  — электро нейтральная частицей. Положительный заряд ядра уравновешивается числом отрицательно заряженных электронов, которые движутся в его поле. Заряд ядра атома химического элемента равен его порядковому номеру в периодической системе Д.И. Менделеева. При переходе от одного элемента к следующему заряд ядра увеличивается на единицу. И на единицу возрастает число электронов в атоме. Каждый следующий добавляемый электрон занимает низшую свободную атомную орбиталь.

Рассмотрим электронную конфигурацию на примере атома водорода. Заряд ядра атома водорода +1. Значит, в поле ядра движется 1 электрон, и он занимает самую первую по энергии атомную орбиталь — 1s. Электронная формула атома водорода записывается 1s1            

Схема 1. Электронная формула водорода.

У атома гелия (заряд ядра +2) следующий электрон займет ту же самую s-орбиталь, однако спин у него будет противоположный (стрелка, изображающая электрон, направлена в другую сторону):

Рис.2.Конфигурация атома гелия в основном состоянии.

На этом ёмкость 1 энергетического уровня становится полностью заполненной. Поэтому следующий электрон, который появляется у атома лития и бериллия, займёт s- орбиталь второго энергетического уровня (2s-орбиталь):

Рис. 3. Конфигурации атома лития и бериллия в основном состоянии.

Правило Хунда: электроны заполняют атомную орбиталь таким образом, чтобы её суммарный спин был максимальным.

Иными словами, при заполнении p, d, f-орбиталей электроны сначала будут занимать квантовые ячейки орбитали по одному, и только потом будут спариваться. По этому поводу можно привести хорошую аналогию: при размещении пассажиров в изначально пустом автобусе, если все люди незнакомы, сначала они будут занимать места по одному, и только когда мест станет не достаточно, незнакомые люди станут занимать места рядом с теми, кто зашел в автобус раньше. На этом основании запишем электронную конфигурацию атома серы и изобразим распределение электронов по квантовым ячейкам:

Рис. 4. Конфигурация атома серы в основном состоянии. Красным цветом показаны электроны валентного уровня.

В образовании химических связей участвуют только электроны внешнего (валентного) энергетического уровня. В атоме серы таким уровнем является третий. На нём расположено шесть электронов, два из которых не спарены.

Число валентных электронов в атоме равно номеру группы (исключения: атомы кобальта и никеля, у них число валентных электронов равно 9 и 10, соответственно).

Особой энергетической устойчивостью обладают наполовину и полностью заполненные орбитали.

Запишем электронную конфигурацию атома хрома. Найдем хром в таблице Менделеева. Его порядковый номер — 24. Это означает, что заряд ядра атома Cr +24, следовательно, в поле ядра движется 24 электрона.

Распределим 24 электрона по орбиталям, пользуясь уже известными нам правилами. Помним, что между 4s и 4p-орбиталями заполняется 3d-орбиталь:

Однако, на d-орбитали не хватает одного электрона до наполовину заполненного состояния. А наполовину заполненные орбитали отличаются пониженной энергией. Всё в мире стремится к минимуму энергии; и атом тоже. Поэтому один электрон с 4s-орбитали перескакивает на 3d-орбиталь, благодаря близости энергий этих орбиталей.

Символом в квадратных скобках (у нас это — [Ar]) принято сокращать электронную конфигурацию полностью заполненных невалентных нижних энергетических уровней. У всех благородных газов, которые находятся в 18 группе длиннопериодного варианта периодической системы или в 8 группе краткопериодного, орбитали заполнены полностью, и чтобы не переписывать каждый раз одно и то же пользуются таким способом сокращения записи.

Таким же исключением из правил является атом меди. Ему не хватает одного электрона для полного заполнения 3d-орбитали. И он, как и хром, берет этот электрон с 4-s -орбитали

Именно на тех же основаниях электронная конфигурация молибдена — [Kr] 4d55s1, серебра — [Kr] 4d105s1.

Пользуясь информацией, изложенной выше, можно легко вычислить число валентных, внешних и неспаренных электронов в атоме и безошибочно выполнить первое задание ЕГЭ, за которое можно получить 1 первичный балл.

Задание 1

1) N 2) S 3) P 4) Se 5) As

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют в возбуждённом состоянии электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns1np3nd1. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

Задание 2

1) Te 2) I 3) O 4) S 5) Sr

Определите, анионы каких из указанных в ряду элементов имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня 5s25p6. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

Задание 3

1) Al 2) S 3) P 4) Cr 5) Si

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии во внешнем слое содержат один неспаренный электрон. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

Задание 4

1) Mg 2) Bi 3) Ba 4) Sr 5) Al

Определите, катионы каких из указанных в ряду элементов имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня 3s0. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

Задание 4

1) I 2) N 3) Br 4) P 5) Cl

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns2np3. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.