ЕГЭ. Строение атома

Для того, чтобы правильно выполнить первое задание экзамена, необходимо понимать, что означают такие понятия, как валентные электроны, внешние электроны, завершенный внешний электронный слой (или энергетический уровень) и "провал" электрона с s- на d-подуровень.

 

1. Внешние и валентные электроны

Внешние электроны - электроны, находящиеся на последнем (внешнем) энергетическом уровне.

Каждый период начинается щелочным металлом (кроме первого периода), в атомах которого на внешнем электронном слое имеется один s-электрон; электронное строение внешнего слоя - ns¹ (n - номер периода).

 

Каждый период заканчивается инертным элементом. В атомах всех инертных элементов (кроме He) на внешнем электронном слое имеются два s- и шесть p-электронов; электронное строение внешнего слоя ns²np⁶ (n - номер периода).

 

Восемь электронов (электронный октет) - это максимальное число электронов на внешнем электронном слое атомов. Внешний электронный слой, который содержит 8 электронов, называется завершенным. Атомы инертных элементов имеют завершенный внешний электронный слой. Завершенной называется также электронная структура атома гелия He - 1s². Атомы всех других элементов имеют незавершенные внешние электронные слои.

 

Валентные электроны - электроны, которые могут принимать участие в образовании химических связей. Для элементов главных подгрупп внешние электроны (т.е. s- и p-электроны) также являются и валентными. Для элементов побочных групп валентными являются внешние s- и предвнешние d-электроны.

 

Элементы главных подгрупп

1. Элементы ₃Li, ₁₁Na, ₁₉K находятся в главной подгруппе I группы; их атомы имеют на внешнем слое 1 электрон:

Элементы главной подгруппы I группы	Выделены внешние  электроны, которые также являются и валентными
3Li	1s22s1
11Na	1s22s22p63s1
19K	1s22s22p63s23p64s1

 

2. Элементы ₄Be, ₁₂Mg, ₂₀Ca находятся в главной подгруппе II группы; их атомы имеют на внешнем слое 2 электрона:

Элементы главной подгруппы II группы	Выделены внешние  электроны, которые также являются и валентными
4Be	1s22s2
12Mg	1s22s22p63s2
20Ca	1s22s22p63s23p64s2

 

3. Элементы ₅B, ₁₃Al, ₃₁Ga находятся в главной подгруппе III группы; их атомы имеют на внешнем слое 3 электрона:

Элементы главной подгруппы III группы	Выделены внешние  электроны, которые также являются и валентными
5B	1s22s22p1
13Al	1s22s22p63s23p1
31Ga	1s22s22p63s23p64s24p1

 

4. Аналогично для элементов главной подгруппы VII группы; их атомы имеют на внешнем слое 7 электронов: 

Элементы главной подгруппы VII группы	Выделены внешние  электроны, которые также являются и валентными
9F	1s22s22p5
17Cl	1s22s22p63s23p5
35Br	1s22s22p63s23p64s24p5

 

Следовательно, число электронов на внешнем слое атомов элементов главных подгрупп (кроме H и He) равно номеру группы, в которой находятся элементы.

Поэтому главную подгруппу любой группы можно определить так:

 

Главная подгруппа - это вертикальный ряд элементов, атомы которых имеют одинаковое число электронов на внешнем электронном слое. Это число равно номеру группы.

 

4 электронных семейства элементов:

s-Элементы (элементы s-семейства) - это элементы, в атомах которых последним заполняется s-подуровень внешнего электронного слоя.

p-Элементы (элементы p-семейства) - это элементы, в атомах которых последним заполняется p-подуровень внешнего электронного слоя.

d-Элементы (элементы d-семейства) - это элементы, в атомах которых последним заполняется d-подуровень предвнешнего электронного слоя.

f-Элементы (элементы f-семейства) - это элементы, в атомах которых последним заполняется f-подуровень третьего снаружи электронного слоя.

 

Элементы побочных подгрупп

Побочная подгруппа - это вертикальный ряд d-элементов, которые имеют одинаковое суммарное число электронов на d-подуровне предвнешнего слоя и s-подуровне внешнего слоя. Это число обычно равно номеру группы.

 

Рассмотрим все d-элементы 4-го периода

d-Элементы 4-го периода	Выделены внешние s-электроны	Выделены валентные электроны (внешние s- и предвнещние d-электроны)
21Sc	1s22s22p63s23p64s23d1	1s22s22p63s23p64s23d1
22Ti	1s22s22p63s23p64s23d2	1s22s22p63s23p64s23d2
23V	1s22s22p63s23p64s23d3	1s22s22p63s23p64s23d3
24Cr (провал электрона)	1s22s22p63s23p64s13d5	1s22s22p63s23p64s13d5
25Mn	1s22s22p63s23p64s23d5	1s22s22p63s23p64s23d5
26Fe	1s22s22p63s23p64s23d6	1s22s22p63s23p64s23d6
27Co	1s22s22p63s23p64s23d7	1s22s22p63s23p64s23d7
28Ni	1s22s22p63s23p64s23d8	1s22s22p63s23p64s23d8
29Cu (провал электрона)	1s22s22p63s23p64s13d10	1s22s22p63s23p64s13d10
30Zn	1s22s22p63s23p64s23d10	1s22s22p63s23p64s23d10

 

2. Провал электрона

Как можно видеть из данных таблицы, все d-элементы имеют один или два электрона на внешнем s-подуровне. В некоторых случаях происходит "провал" электрона с внешнего s- на предвнешний d-подуровень. Это связано с повышенной энергетической устойчивостью наполовину (d⁵)  и полностью заполненных (d¹⁰) орбиталей. Провал электрона происходит в атомах таких элементов, как Cr и Cu (необходимо знать для ЕГЭ), а также в атомах Mo, Ag и Au.

Графически для атома меди провал электрона показан на следующем рисунке.

 

Электронная конфигурация атома меди: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d¹⁰.

 

Литература:

1. Курс самоподготовки. А.А. Каверина и др. 2019 г.
2. Химия. Пособие-репетитор для поступающих в вузы. Под ред. проф. В.Н. Чернышова и доц. А.С. Егорова.