Зачем разбираться в атомах перед экзаменом
Фраза «ЕГЭ-хим без паники: строение атома» звучит как девиз любого одиннадцатиклассника, который открывает сборник заданий. От понимания атома зависит почти треть тестовой части и весомые баллы в задачах второй части. Ошибка в определении заряда ядра тянет за собой неверные формулы, а затем и потерю времени на пересчёт. Поэтому лучше сразу заложить крепкий фундамент. Мы посмотрим, какие темы чаще встречаются, как они связаны и почему теория здесь экономит минуты при решении сложных номеров.
Частицы и их свойства
Начинаем с элементарных «кирпичей». Протон несёт положительный заряд +1e и массу 1 а.е.м. Нейтрон электрически нейтрален, но масса почти равна массе протона. Электрон имеет отрицательный заряд −1e и массу в 1836 раз меньше протона. Эти числа знать полезно: в задачах на массовое число и относительную массу они всплывают неоднократно. Вопрос «сколько электронов у иона Fe³⁺» решается мгновенно, когда помнишь: число протонов равно порядковому номеру, а заряд иона только корректирует электронное число. Подчёркиваю важную деталь: именно электроны, а не протоны, уходят или приходят при ионизации, поэтому меняется электронная, а не протонная конфигурация.
Ядро: протон плюс нейтрон
Ядро хранит почти всю массу атома. Массовое число A равно сумме протонов и нейтронов. Зная порядковый номер Z, легко получить число нейтронов: N = A − Z. Классическая ошибка школьника — спутать массовое число с относительной атомной массой из таблицы Менделеева. Последняя — средневзвешенная величина по природным изотопам. На ЕГЭ любят вопрос: «Какова доля изотопа Cl-37, если средняя масса хлора 35,5?» Без корректного различения понятий решить такое задание непросто. Запомните также термин «нуклон» — общее название для протонов и нейтронов; иногда он встречается в самих формулировках.
Электронные уровни и подуровни
Энергетические уровни располагаются вокруг ядра в порядке роста энергии. Максимальное число электронов на уровне рассчитывают по формуле 2n². На первом уровне помещается 2 электрона, на втором 8, на третьем 18 и так далее. Однако важнее другое: уровни поделены на подуровни s, p, d, f. Их ёмкость всегда постоянна: s — 2, p — 6, d — 10, f — 14 электронов. Подуровни отличаются формой орбиталей и энергетическими характеристиками. В тестах часто спрашивают, на каком подуровне находится последний электрон атома ванадия или меди. Когда помнишь порядок возрастания энергии (1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d…), подобные вопросы решаются за секунды.
Кванты энергии и правила заполнения
Принцип Паули гласит: в атоме нельзя найти два электрона с одинаковым набором квантовых чисел. Именно он диктует правило «по одному в орбиталь». Затем работает правило Хунда: электроны сначала занимают орбитали параллельными спинами, образуя максимальное число неспаренных электронов. Наконец, принцип минимума энергии направляет заполнение вдоль диагональной схемы. Многие путают 4s и 3d подуровни. Запомните: при заполнении первым идёт 4s, а при ионизации электроны уходят сначала именно с 4s. Поэтому ион Fe²⁺ лишается электронов 4s, сохраняя частично заполненный 3d. На экзамене встречается формулировка «укажите электронную конфигурацию и ионное состояние элемента». Проверка сразу нескольких правил в одном задании — типичная ситуация.
Периодический закон и «ЕГЭ-хим без паники: строение атома»
Менделеев упорядочил элементы по растущему заряду ядра, а электронная конфигурация теперь объясняет все повторяющиеся свойства. Позиция элемента в периоде равна числу энергетических уровней. Номер группы указывает на количество валентных электронов для s- и p-элементов. Если знаешь конфигурацию, можно предсказать радиус атома, электропроводность, характер оксида. Например, от лития к фтору в одном периоде радиусы уменьшаются, а электроотрицательность растёт. Эти тенденции задают логику ответов в нескольких типовых заданиях. Связь между строением и химической активностью производит впечатление на экспертов: ты не просто запомнил факт, ты его объясняешь. Именно так сокращают время на поиски правильного варианта в тесте.
Типичные ловушки в заданиях ЕГЭ
Первая ловушка — переход металла к иону. Будьте внимательны: у атома ванадия 5 электронов на четвёртом уровне, но у V²⁺ их уже 3, потому что ушли 4s-электроны. Вторая ловушка — неправильно расставленные стрелки в диаграммах. Эксперты любят давать картинки, где нарушено правило Хунда. Третья ловушка прячется в понятии «возбуждённое состояние». В нём электрон перескакивает на более высокий уровень, сохраняя суммарное число. Не путайте его с ионизацией, где меняется количество электронов. Четвёртая ловушка — задания на изотопы, когда надо отличить массовое число от относительной массы. Чтобы тренировать внимание, прорешайте демоверсии прошлых лет и проверяйте каждую ошибку по учебнику, а не по слухам.
Финальная тренировка: как закрепить материал
Сделайте табличку с порядковыми номерами первых двадцати элементов. Справа впишите полную конфигурацию, а рядом — сокращённую, используя предыдущий инертный газ. Затем раз в день закрывайте правый столбец и восстанавливайте записи по памяти. Для подуровней d и f добавьте ещё пятьдесят элементов во время второй недели подготовки. Дополните тренинг короткими квизами в приложении или на бумажных карточках. Через десять минут такого теста мозг быстро обнаруживает пробел. Закройте его сразу же, перечитав соответствующие параграфы. Финальный штрих — решить три полных варианта ЕГЭ подряд с реальным таймером. Эта практика покажет, что «паника» уходит, а знание строения атома приносит спокойные баллы.
- Держите под рукой периодическую таблицу для быстрых подсказок.
- Отрабатывайте диагональное правило до автоматизма.
- Сверяйте ответы только с официальными источниками ФИПИ.
- Не забывайте отдыхать: свежая голова запоминает лучше.