Теория для 1 задания ЕГЭ по химии
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. Какие могут быть свойства:
- 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 легко понять по этому рисунку:
Атом является электронейтральной 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.
Давайте рассмотрим электронную конфигурацию на примере самого просто 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 таким образом записывается:
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):
На этом ёмкость 1 энергетического уровня становится полностью заполненной. Поэтому следующий электрон, который появляется у атома лития, займёт s-орбиталь второго энергетического уровня (2s-орбиталь). Его электронная формула записывается:
Правило Хунда: электроны заполняют атомную орбиталь таким образом, чтобы её суммарный спин был максимальным.
Другими 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 трамвае, если все люди незнакомы, они будут занимать сначала места по одному, и только когда мест станет не достаточно, незнакомые люди станут занимать места рядом с теми, кто зашел в трамвай раньше. На этом основании запишем электронную конфигурацию атома серы и изобразим распределение электронов по квантовым ячейкам:
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. В результате реальная электронная конфигурация атома хрома записывается так:
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] 4d(5)5s(1) (надстрочные индексы указаны в скобках), серебра - [Kr] 4d(10) 5s(1).
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.
Второе вещество — оксид серы(VI). Это кислотный оксид неметалла в высшей степени окисления. Способен реагировать с веществами основной природы — основаниями и основными оксидами. Растворяется в воде с образованием кислоты. Выбираем ряд под номером 2.Третье вещество — гидроксид цинка. Это амфотерный гидроксид — проявляет как кислотные, так и основные свойства. Реагирует с кислотами и щелочами. Выбираем ряд под номером 4.
Четвертое вещество — бромид цинка. Это средняя соль. Вступает в реакции ионного обмена с кислотами, солями, основаниями, если в результате образуется осадок, газ или слабый электролит. Следует помнить, что если в результате ионного обмена образуется соль слабого основания и слабой кислоты, то она полностью гидролизуется с образованием этих самых слабого основания и слабой кислоты. Также нужно помнить, что галогениды способны вытеснятся из их солей более активными галогенами. Выбираем ряд под номером 1.
Напоследок поговорим о том, как можно осилить это задание, если всё совсем плохо и не получается найти необходимый ряд веществ. Воспользуемся методом исключения! Если в ряду хоть один реагент точно не реагирует с нашим веществом, то этот ряд можно исключить. Разберем на примере серы из задания выше. Из неметаллов только галогены могут вытеснять менее активные галогены из их солей. Другие неметаллы с солями никогда не реагируют. Таким образом нам точно не подходит ряд 1 (нитрат серебра) и ряд 5 (хлорид бария). Из неметаллов только кислород может реагировать с некоторыми оксидами, значит убираем ряд 2 (оксид бария). Ряд четыре не подходит, потому что бром более сильный неметалл, и сера не вытеснит бром из его кислоты. Остается вариант 3))
