Теория, необходимая для успешной сдачи ОГЭ

Строение электронной оболочки атома

Атом состоит из ядра и электронной оболочки.

Электронная оболочка атома - это совокупность всех электронов в данном атоме.

В рамках ОГЭ изучается строение электронных оболочек атомов первых 20 химических элементов Периодической системы Д.И. Менделеева, т.е. до ₂₀Ca включительно.

Атомная орбиталь - часть атомного пространства, в которой вероятность нахождения данного электрона наибольшая. Можно говорить только о вероятности нахождения электрона в разных частях атомного пространства, а не о его траектории движения.

Представим, что мы (каким-то образом) сфотографировали атом с одним электроном 3 раза. Каждый раз этот электрон окажется в разных точках атомного пространства (рис. 1-3). Далее совместим 10 таких снимков в  одном (рис 4), 50 снимков (рис. 5) и 100 снимков (рис. 6). В итоге получим изображение атомной s-орбитали, которая имеет форму шара, т.е. в данной части пространства нахождение электрона наиболее вероятно.

Рис. 1	Рис. 2	Рис. 3
Рис. 4	Рис. 5	Рис. 6

Каждая атомная орбиталь имеет определённую форму, орбитали разной симметрии обозначают буквами s, p, d и f. На следующем рисунке представлены формы орбиталей s, p (построены в программе Matlab). Распределение электронов по d- и f-орбиталям изучается в 11 классе.

s-орбиталь
p-орбитали

Энергия и размер орбитали характеризуются главным квантовым числом n, которое принимает значение целых чисел от 1 до бесконечности:

n = 1, 2, 3, 4, 5, и т.д. Этим числом n обозначают энергетические уровни, на которых находятся электроны.

Энергетический уровень - совокупность орбиталей, которые имеют одинаковое значение главного квантового числа.

Каждый энергетический уровень состоит из n подуровней.

Энергетический подуровень - это совокупность орбиталей, которые находятся на одном энергетическом уровне, он объединяет орбитали одного вида. Например, s-подуровень (одна s-орбиталь), p-подуровень (на нём находятся три p-орбитали: p_x, p_y и p_z). Орбитали s- и p-подуровней показаны на рисунке выше.

Графически любая орбиталь изображается в виде клетки: . На одной орбитали максимум может находиться два электрона, их называют спаренными или неподелённой электронной парой. Если электрон на орбитали один, его называют неспаренным.

Покажем подуровни графически (для ОГЭ необходимы только s- и p-подуровни):

Согласно данной схеме, s-подуровень состоит из одной s-орбитали, p-подуровень состоит из трёх p-орбиталей и т.д:

Подуровень	Число орбиталей	Максимальное число электронов на подуровне
s	1	2
p	3	6

Число подуровней в каждом энергетическом уровне совпадает с номером самого энергетического уровня:

Энергетический уровень	Число подуровней	Орбитали	Максимальное число электронов
n = 1	1	s	2
n = 2	2	s  p	8
n = 3	3	s  p  d	18
и т.д.

Электронная конфигурация показывает распределение электронов в атоме по энергетическим уровням, подуровням и орбиталям. Сначала заполняются орбитали с меньшей энергией и далее по возрастанию:

1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s →  ...

Рассмотрим заполнение орбиталей первых 20 элементов периодической таблицы. Верхний индекс показывает количество электронов на соответствующем подуровне. Порядковый номер элемента в периодической таблице показывает количество электронов, которое необходимо распределить по орбиталям.