Строение атома. Электронные формулы

Строение атома · Тема 4 / 35

Строение атома. Электронные формулы

Этот урок проведём вечером на Новруз: соль, брошенная в костёр, окрашивает пламя в жёлтый, хлор из соли на столе удивляет массой «35,5», в ночном небе распускается разноцветный фейерверк. Ключ ко всему — строение атома. Мы сосчитаем частицы ядра и электроны, познакомимся с изотопами, научимся записывать электронные формулы и решим задания ГЭЦ.

≈ 50 минутГлав: 5Заданий ГЭЦ: 5материал 8–11 классов

После урока ты сможешь

• находить число протонов, нейтронов и электронов в атоме и ионе;
• распознавать изотопы и вычислять среднюю относительную атомную массу;
• знать s-, p-, d-орбитали, ёмкость уровней и подуровней;
• записывать электронные и электронно-графические формулы элементов 1–4 периодов (включая Cr, Cu);
• объяснять возбуждённое состояние и его влияние на валентность.

Перед началом вспомни

• Химический элемент, порядковый номер в периодической системе.
• Электрический заряд: одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые притягиваются.
• Понятие валентности, простые формулы (H₂O, CH₄, HCl).

Содержание

1. ВведениеСитуация: костёр Новруза и жёлтое пламяистория и предположение
2. Глава 1Состав атома: ядро и электроныРезерфорд, Z, A, N, ионы
3. Глава 2Изотопы. Средняя относительная атомная массаизотопы, расчёт Ar
4. Глава 3Энергетические уровни, подуровни и орбиталимодель Бора, s, p, d, Паули
5. Глава 4Электронные формулы: как размещаются электроныКлечковский, Хунд, Cr и Cu
6. Глава 5Возбуждённое состояние и валентностьC*, Cl*, цвет пламени
7. ПрактикумТренировка на экзаменационных заданияхзаданий ГЭЦ: 1, с ответом и официальным пояснением
8. ИтогиЗапомникраткий итог и типичные ошибки
9. ИтогиСамостоятельная работазаданий: 6, от простых к сложным

Введение

Ситуация: костёр Новруза и жёлтое пламя

История

Последний вторник перед Новрузом. Во дворе горит костёр, дети по очереди прыгают через него. Ученик 10 класса стоит рядом с бабушкой. Бабушка бросает в костёр щепотку поваренной соли: пламя мгновенно становится ярко-жёлтым, потом снова оранжевым.

«Это натрий из соли окрашивает пламя», — говорит ученик, но и сам не знает, почему именно в жёлтый. Что происходит внутри атома, когда рождается свет? Сколько электронов у атома натрия, как они расположены и какой электрон «зажигает» этот свет?

Соль попадает в костёр, и пламя желтеет; в круге внешний электрон натрия поднимается на более высокую орбиту и, возвращаясь, испускает жёлтый свет.Сначала предположи

Как ты думаешь, сколько электронов на внешнем, самом дальнем энергетическом уровне атома натрия (Z = 11)? Ответ проверим в 5-й главе.

Цвет пламени, формула соли, валентность элемента, металл он или неметалл — всё зависит от строения атома, особенно от того, как расположены электроны. В этом уроке мы «откроем» атом: сосчитаем частицы ядра и электроны, познакомимся с изотопами, изучим правила размещения электронов по уровням и орбиталям и научимся записывать электронную формулу любого элемента.

Глава 1

Состав атома: ядро и электроны

В начале XX века физики нашли способ «заглянуть» внутрь атома. В 1911 году Э. Резерфорд «обстрелял» тонкую золотую фольгу положительно заряженными α-частицами. Если бы положительный заряд атома был распределён по всему его объёму, частицы проходили бы, слегка отклоняясь. Но результат оказался неожиданным.

Анимация · опыт РезерфордаПочти все частицы проходят фольгу насквозь, некоторые отклоняются, очень немногие отражаются назад. Значит, атом в основном пустота, а положительный заряд и масса сосредоточены в очень маленьком ядре: ядро примерно в 100 000 раз меньше атома.

По планетарной модели Резерфорда в центре атома находится положительно заряженное ядро, а вокруг движутся электроны. Ядро состоит из частиц двух видов — протонов и нейтронов (вместе — нуклоны).

Частица	Обозначение	Заряд	Относительная масса
протон	p⁺	+1	1
нейтрон	n⁰	0	1
электрон	e⁻	−1	1/1837 ≈ 0

Порядковый номер и массовое число

Порядковый номер элемента Z равен числу протонов в ядре, т. е. заряду ядра. В нейтральном атоме число электронов тоже равно Z. Массовое число A — сумма протонов и нейтронов: A = Z + N. Масса электрона очень мала, поэтому масса атома примерно равна A. Запись: ᴬZX, напр. ²³₁₁Na: 11 протонов, 23 − 11 = 12 нейтронов, 11 электронов.

Z = p⁺ = e⁻ (атом)  ·  A = Z + N

Пример 1

Найдите число протонов, нейтронов и электронов в атоме железа ⁵⁶₂₆Fe.

1. Порядковый номер Z = 26: в ядре 26 протонов, в нейтральном атоме 26 электронов.
2. Нейтроны: N = A − Z = 56 − 26 = 30.Почему так?

   Массовое число считает все нуклоны ядра; если вычесть протоны, остаются нейтроны.

3. Ответ: 26 p⁺, 30 n⁰, 26 e⁻.

Так спрашивают на экзаменеГЭЦ · 07.06.2026

Вычислите сумму a+b.

Рисунок меняется вместе с шагами.

1. Масса нейтрального атома почти равна числу нуклонов: A ≈ Z + N.
2. X: a = 16 − 8 = 8 — это кислород (¹⁶O).Почему так?

   Элемент с 8 протонами — кислород (Z = 8).

3. Y: b = 31 − 16 = 15 — фосфор (³¹P).Почему так?

   Строго говоря, сумма протонов и нейтронов — это массовое число; относительная атомная масса ему лишь приблизительно равна. Здесь даны целые числа, поэтому разницы нет.

4. a + b = 8 + 15 = 23.
5. Ответ: 23.

Официальное пояснение ГЭЦ (07.06.2026)

Относительная атомная масса равна сумме чисел протонов и нейтронов. a=16-8=8 , b=31-16=15 a+b=23Источник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 07.06.2026, I группа специальностей (PDF)

В химических реакциях ядро не меняется — электроны лишь переходят от одних атомов к другим. Атом, потерявший электроны, становится положительно заряженным катионом, принявший — отрицательно заряженным анионом. Посмотрим, как образуется соль NaCl.

Анимация · натрий отдаёт электрон, хлор принимаетЧисло протонов (заряд ядра) не меняется, меняется число электронов: у Na⁺ 10, у Cl⁻ 18 электронов. Разноимённо заряженные ионы притягиваются.Пример 2

Найдите число протонов, нейтронов и электронов в ионах ²⁷₁₃Al³⁺ и ³²₁₆S²⁻.

1. Al³⁺: 13 p⁺, 27 − 13 = 14 n⁰, 13 − 3 = 10 e⁻.Почему так?

   Катион получил заряд +3, потеряв 3 электрона: электронов на 3 меньше, чем протонов.

2. S²⁻: 16 p⁺, 32 − 16 = 16 n⁰, 16 + 2 = 18 e⁻.
3. Ответ: Al³⁺ — 13, 14, 10; S²⁻ — 16, 16, 18.

Проверь себя

Сколько электронов в ионе ³⁹₁₉K⁺?

e⁻ = Z − заряд = 19 − 1.

Глава 2

Изотопы. Средняя относительная атомная масса

История

После костра семья садится за праздничный стол: на медной хонче зелёное семени, свечи, шекербура, пахлава. Ученик берёт солонку и думает: ведь именно натрий из этой соли окрасил пламя в жёлтый. На плакате с периодической системой на стене взгляд падает на клетку хлора: «17, Cl, 35,5».

«Массовое число — сумма протонов и нейтронов, а половины нейтрона не бывает. Откуда же 35,5?» Оказывается, природный хлор — смесь атомов двух видов, ³⁵Cl и ³⁷Cl. Какая доля атомов хлора приходится на ³⁵Cl?

Свечи мерцают; в круге атомы хлора из соли — три ³⁵Cl и один ³⁷Cl.Изотопы

Изотопы — атомы одного элемента с одинаковым числом протонов и разным числом нейтронов в ядре. Массовые числа у них разные, а электроны и химические свойства одинаковы. Химический элемент — вид атомов с одинаковым зарядом ядра.

Изотопы водорода: у всех 1 протон и 1 электрон, нейтронов 0, 1, 2. Тяжёлая вода D₂O образована дейтерием.

В природе большинство элементов — смеси изотопов, и состав этих смесей почти везде одинаков. Поэтому относительная атомная масса в таблице — среднее массовых чисел изотопов с учётом их долей.

Анимация · образец природного хлораИз каждых 20 атомов хлора 15 — ³⁵Cl, 5 — ³⁷Cl. По мере накопления атомов средняя масса приближается к 35,5.Средняя относительная атомная масса

Для двух изотопов: Ar = A₁·φ₁ + A₂·φ₂, где φ₁ + φ₂ = 1 — доли атомов по числу (мольные доли).

История

Вопрос за столом. Примем долю ³⁵Cl за x: 35x + 37(1 − x) = 35,5, 37 − 2x = 35,5, x = 0,75. Значит, 75 % атомов хлора — ³⁵Cl, 25 % — ³⁷Cl: из каждых 4 атомов 3 — лёгкий изотоп. «Половины нейтрона» нет: 35,5 — среднее двух целых чисел.

Пример 3

Природный бор состоит из двух изотопов: ¹⁰B (20 %) и ¹¹B (80 %). Вычислите среднюю относительную атомную массу бора.

1. Ar(B) = 10 · 0,2 + 11 · 0,8.Почему так?

   Массовое число каждого изотопа умножается на долю его атомов — средневзвешенное.

2. = 2 + 8,8 = 10,8 — значение из таблицы. Среднее ближе к преобладающему изотопу (¹¹B).
3. Ответ: 10,8.

Так спрашивают на экзаменеГЭЦ · 12.07.2026

Что верно?1. X и T — нейтральные атомы2. Массовое число T равно 393. Y и Z — изотопы4. Y — катион, Z — анион5. Число электронов у X и Z одинаково

Рисунок меняется вместе с шагами.A) 2, 3, 4B) 1, 2, 4C) 1, 3D) 1, 2, 5E) 3, 5

1. Число протонов в каждой строке указывает элемент: 17 — Cl, 20 — Ca, 19 — K. Массовое число = p + n, заряд = p − e.
2. X: 17 p, 18 n, 17 e — нейтральный атом ³⁵Cl; T: 19 p, 20 n, 19 e — нейтральный атом ³⁹K. 1 и 2 верны.Почему так?

   Если числа протонов и электронов равны, заряд 0; массовое число T: 19 + 20 = 39.

3. Y: 20 p, 18 e — катион ⁴⁰Ca²⁺; Z: 17 p, 18 e — анион ³⁷Cl⁻. 4 верно. 3 неверно: у Y и Z разное число протонов (20 ≠ 17), это не изотопы; изотопы — X и Z (у обоих 17 протонов).Почему так?

   Изотопы объединяет число протонов, а не массовое число.

4. 5 неверно: у X 17, у Z 18 электронов. Внимание: в конце пояснения ГЭЦ написано «у X и Z одинаковое число электронов» — это ошибка (17 ≠ 18), противоречащая самому ответу (1, 2, 4); верный ответ — 1, 2, 4.
5. Ответ: 1, 2, 4 (вариант B).

Официальное пояснение ГЭЦ (12.07.2026)

Из чисел протонов, нейтронов и электронов видно, что X и T — нейтральные атомы. X и Z — изотопы, Y — катион, а Z — анион. Массовое число T равно 39. …Источник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 12.07.2026, IV группа специальностей (PDF)

Проверь себя

Средняя относительная атомная масса природной меди 63,5; она состоит из изотопов ⁶³Cu и ⁶⁵Cu. Какой процент атомов меди составляет ⁶³Cu?

63x + 65(1 − x) = 63,5.

Глава 3

Энергетические уровни, подуровни и орбитали

У модели Резерфорда была слабость: вращающийся электрон должен был терять энергию и падать на ядро. В 1913 году Н. Бор предположил, что электрон может находиться только на определённых энергетических уровнях (электронных слоях) и там не излучает энергию. Уровни нумеруются от ядра: n = 1, 2, 3, 4 … (n — главное квантовое число). Ближайший к ядру уровень имеет наименьшую энергию.

По современным представлениям у электрона нет точной траектории: его можно лишь с определённой вероятностью найти около ядра. Область пространства, где вероятность пребывания электрона наибольшая (≈ 90 %), называют орбиталью (электронным облаком). Формы орбиталей различны и обозначаются буквами: s, p, d, f. Орбитали одной формы образуют внутри уровня подуровень.

Анимация · s-, p- и d-орбиталиs-орбиталь имеет форму шара; три p-орбитали похожи на гантели и направлены вдоль взаимно перпендикулярных осей x, y, z; формы пяти d-орбиталей сложнее (большинство — четырёхлепестковые).Ёмкость орбиталей

Принцип Паули: на одной орбитали может быть не более двух электронов, и их спины противоположны (↑↓). Поэтому ёмкость подуровней: s — 1 орбиталь, 2 e⁻; p — 3 орбитали, 6 e⁻; d — 5 орбиталей, 10 e⁻; f — 7 орбиталей, 14 e⁻. На n-м уровне n подуровней, n² орбиталей и не более 2n² электронов.

n	Подуровни	Орбитали (n²)	Максимум электронов (2n²)
1	1s	1	2
2	2s, 2p	4	8
3	3s, 3p, 3d	9	18
4	4s, 4p, 4d, 4f	16	32

Пример 4

Как распределены электроны атома фосфора (Z = 15) по энергетическим уровням? Сколько уровней заполнено?

1. На 1-й уровень помещается не более 2·1² = 2, на 2-й — 2·2² = 8 электронов.Почему так?

   Уровни заполняются от ядра — сначала с меньшей энергией.

2. Оставшиеся 15 − 2 − 8 = 5 электронов — на 3-м уровне: 2, 8, 5. 1-й и 2-й уровни заполнены полностью, 3-й (на 18 мест) — незавершённый.
3. Ответ: 2, 8, 5; два уровня заполнены, на внешнем уровне 5 электронов.

Проверь себя

Какое наибольшее число электронов может быть на 4-м энергетическом уровне?

2n², n = 4.

Глава 4

Электронные формулы: как размещаются электроны

История

Ночью семья выходит на балкон девятого этажа: у моря начинается праздничный фейерверк. В небе раскрываются синие, красные, жёлтые звёзды. Отец объясняет: цвета дают соли металлов — жёлтый натрий, красный стронций, синий соединения меди.

К завтрашнему уроку ученику нужно подготовить медь. В атоме меди 29 электронов. Как они размещаются по уровням и подуровням — какова электронная формула меди и сколько электронов на подуровне 4s?

Ракеты взлетают и раскрываются: синие (медь), красные (стронций), жёлтые (натрий).

Электроны занимают орбитали атома по трём правилам.

Правила размещения электронов

1. Принцип минимума энергии (правило Клечковского): подуровни заполняются в порядке роста энергии — сначала с меньшей суммой (n + l), при равной сумме — с меньшим n (s: l = 0, p: 1, d: 2): 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d …
2. Принцип Паули: на орбитали не более двух электронов с противоположными спинами.
3. Правило Хунда: на орбитали подуровня электроны сначала располагаются по одному (с одинаковым спином) и только потом спариваются — число неспаренных электронов максимально.

Анимация · электроны заполняют лестницу (Z = 1…30)У каждого следующего элемента добавляется один электрон. 4s заполняется раньше 3d, но в формуле подуровни записываются по номеру уровня: …3d⁶4s². У хрома и меди один электрон переходит с 4s на 3d: наполовину (d⁵) и полностью (d¹⁰) заполненный подуровень устойчивее.Электронная формула

Электронная формула показывает распределение электронов по подуровням: коэффициент — номер уровня, буква — подуровень, верхний индекс — число электронов (₁₆S: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴). В краткой формуле внутренние слои записывают символом благородного газа: [Ne]3s²3p⁴. Электронно-графическая формула изображает орбитали ячейками, электроны — стрелками (↑, ↓). По подуровню, на который поступает последний электрон, элементы делят на s-, p-, d- и f-элементы.

Пример 5

Запишите электронные формулы атомов серы (Z = 16) и железа (Z = 26); найдите число неспаренных электронов.

1. S: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴ (2 + 2 + 6 + 2 + 4 = 16).
2. 3p⁴: по правилу Хунда сначала по одному электрону на три орбитали (↑ ↑ ↑), четвёртый спаривается с первым: ↑↓ ↑ ↑ — 2 неспаренных электрона.Почему так?

   Электроны отталкиваются, поэтому сначала занимают разные орбитали.

3. Fe: 18 электронов 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶, затем 4s², оставшиеся 6 — на 3d: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s².
4. 3d⁶: ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ — 4 неспаренных электрона.Почему так?

   На пять d-орбиталей сначала по одному пять электронов, шестой спаривается.

5. Ответ: S — 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴, 2 неспаренных e⁻; Fe — [Ar]3d⁶4s², 4 неспаренных e⁻.

История

Вопрос с балкона. Медь, Z = 29: по правилу было бы [Ar]3d⁹4s², но один электрон переходит с 4s на 3d, и d-подуровень заполняется полностью: ₂₉Cu: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹. На 4s всего 1 электрон, на 3d — 10; неспаренный электрон один. Синий цвет фейерверка — тоже «работа» электронов: возбуждённые в пламени электроны, возвращаясь, дают свет определённого цвета (глава 5).

Так спрашивают на экзаменеГЭЦ · 07.06.2026

Какие утверждения верны для элемента X?1. Имеет краткую электронную формулу ... 3d⁴4s²2. Находится в группе VI B3. Имеет 6 неспаренных электронов4. Неметалл

Рисунок меняется вместе с шагами.A) 2, 3B) 1, 3C) 1, 4D) 2, 4E) 1, 2

1. У d-элементов 4-го периода 2p⁶ и 3p⁶ заполнены, 4p ещё пуст: p-электронов 12. a + 7 = 12, a = 5.Почему так?

   4p начинает заполняться только после 3d (с Ga).

2. s = a + 2 = 7, d = a = 5; всего 7 + 12 + 5 = 24 электрона → Z = 24, хром.
3. У хрома один электрон переходит с 4s на 3d: …3d⁵4s¹ (1 неверно: не 3d⁴4s²). 3d⁵4s¹: 5 + 1 = 6 неспаренных электронов (3 верно).Почему так?

   Это подтверждает и число s-электронов 7: 1s² 2s² 3s² 4s¹ = 7.

4. Номер группы d-элемента = электроны (n−1)d + ns: 5 + 1 = 6 → VI B (2 верно). Хром — металл (4 неверно).Почему так?

   Все d-элементы — металлы.

5. Ответ: 2, 3 (вариант A).

Официальное пояснение ГЭЦ (07.06.2026)

Поскольку у каждого из элементов побочной подгруппы четвёртого периода 12 p-электронов: a + 7 = 12 a = 5 Общее число электронов в атоме X: a+2 + a+7 + a = 24 Элемент с 24 протонами (X). Имеет краткую электронную формулу ... 3d⁵4s¹, 6 неспаренных электронов, является металлом и находится в группе VI B.Источник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 07.06.2026, IV группа специальностей (PDF)

В лаборатории меняй порядковый номер и следи за размещением электронов: проверь правило Хунда, заполнение 4s раньше 3d и «провал» электрона у хрома и меди.

Лаборатория · конструктор электронных формулАнимация · выбери Zпорядковый номер Z11Слева — электронно-графическая формула, справа — электронные слои (модель Бора).Проверь себя

Сколько неспаренных электронов в атоме марганца (Z = 25)?

[Ar]3d⁵4s²: по одному электрону на каждой из пяти d-орбиталей.

Глава 5

Возбуждённое состояние и валентность

Размещение электронов с наименьшей энергией — основное (нормальное) состояние атома. Поглощая энергию (тепло, свет), атом может перевести электрон на свободную орбиталь с большей энергией — это возбуждённое состояние (звёздочка у символа: C*). Возбуждённое состояние недолговечно: электрон возвращается и излучает избыток энергии в виде света. В этом и секрет жёлтого пламени костра.

Анимация · натрий в пламениТепло пламени поднимает 3s-электрон натрия на 3p; при возвращении электрона испускается жёлтый свет с длиной волны около 589 нм. У каждого элемента «свой цвет» — по окраске пламени узнают металлы.История

Вопрос про костёр. ₁₁Na: 1s²2s²2p⁶3s¹: электроны распределены по уровням 2, 8, 1 — на внешнем уровне только 1 электрон. Именно этот единственный 3s-электрон в пламени поднимается на 3p, а возвращаясь, даёт жёлтый свет. Поэтому, когда соль попадает в костёр, пламя желтеет.

Возбуждение меняет и валентность. Валентность — число ковалентных связей, которые образует атом; часто она равна числу неспаренных электронов. У углерода в основном состоянии (2s²2p²) 2 неспаренных электрона, но в соединениях углерод четырёхвалентен: один 2s-электрон переходит на свободную 2p-орбиталь — C*: 2s¹2p³, 4 неспаренных электрона (CH₄, CO₂).

Возбуждение и валентность

При возбуждении, повышающем валентность, электрон переходит только на свободную орбиталь того же уровня. У элементов 2-го периода нет d-орбиталей, поэтому валентность N, O, F при возбуждении не растёт (N — не более IV, O — II, F — I). Начиная с 3-го периода есть свободные 3d-орбитали: P — III, V; S — II, IV, VI; Cl — I, III, V, VII.

Анимация · валентности хлораПри каждом возбуждении «распаривается» одна пара: электрон переходит на свободную 3d-орбиталь, и число неспаренных электронов растёт на 2: 1 → 3 → 5 → 7.Так спрашивают на экзаменеГЭЦ · 01.06.2025

В каких соединениях хлор соответствует электронной формуле … 3sⁿ3pᵐ3dⁿ? 1. Cl₂O₅ 2. HClO 3. HClO₂ 4. HClO₃

Рисунок меняется вместе с шагами.A) 3, 4B) 2, 4C) 2, 3D) 1, 3E) 1, 4

1. Внешний уровень хлора: 3s²3p⁵ (7 электронов); 3d-орбитали свободны.
2. Возможные состояния: 3s²3p⁵3d⁰ (I), 3s²3p⁴3d¹ (III), 3s²3p³3d² (V), 3s¹3p³3d³ (VII).Почему так?

   Каждый переход распаривает одну пару и увеличивает число неспаренных электронов на 2.

3. 3sⁿ3pᵐ3dⁿ: на s и d одинаковое число электронов — это только состояние 3s²3p³3d² (n = 2, m = 3; 2 + 3 + 2 = 7). Неспаренных: 3 + 2 = 5 → валентность V.Почему так?

   В остальных состояниях числа электронов на s и d различны: 2 и 0, 2 и 1, 1 и 3.

4. Хлор с валентностью V: Cl₂O₅ (1) и HClO₃ (4); в HClO хлор одновалентен, в HClO₂ — трёхвалентен.
5. Ответ: 1, 4 (вариант E).

Официальное пояснение ГЭЦ (01.06.2025)

Валентности хлора в основном и возбуждённых состояниях: … 3s²3p⁵3d⁰ (I-валентный) … 3s²3p⁴3d¹ (III-валентный) … 3s²3p³3d² (V-валентный) … 3s¹3p³3d³ (VII-валентный) …Электронной формуле 3sⁿ3pᵐ3dⁿ соответствует возбуждённое состояние …3s²3p³3d², в котором хлор V-валентен (Cl₂O₅ и HClO₃).Источник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 01.06.2025, IV группа специальностей (PDF)

Пример 6

Какие валентности может проявлять сера (Z = 16)? Приведите по одному соединению для каждой.

1. Основное состояние: 3s²3p⁴ — 2 неспаренных электрона → II (H₂S).
2. S*: 3s²3p³3d¹ — 4 неспаренных электрона → IV (SO₂).Почему так?

   Один электрон из пары 3p переходит на свободную 3d-орбиталь.

3. S**: 3s¹3p³3d² — 6 неспаренных электронов → VI (SO₃, H₂SO₄).
4. Ответ: II (H₂S), IV (SO₂), VI (SO₃).

Проверь себя

Сколько неспаренных электронов у фосфора в возбуждённом состоянии (3s¹3p³3d¹)?

1 + 3 + 1.

Практикум

Тренировка на экзаменационных заданиях

Эти задания взяты из экзаменов ГЭЦ. Сначала реши сам, затем открой «Ответ и пояснение ГЭЦ».

ГЭЦ · 12.07.2026

Определите n.

A) – 2B) – 3C) + 2D) + 3E) – 1Ответ и пояснение ГЭЦ

Ответ: +2 (вариант C). X⁺ = ²³Na⁺: 12 нейтронов, 10 электронов; у Y тоже 12 нейтронов → Z = 24 − 12 = 12 (Mg), 10 электронов → Mg²⁺.

В ионах ²³₁₁X⁺ и ²⁴Yⁿ числа электронов и нейтронов одинаковы. Учитывая, что в ионе ²³₁₁X⁺ 10 электронов (b=10) и 12 нейтронов (a=12), n = +2.Источник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 12.07.2026, I группа специальностей (PDF)

Итоги

Запомни

• Атом = ядро (p⁺ + n⁰) + электроны; Z = p⁺, в нейтральном атоме e⁻ = Z; A = Z + N.
• В катионе e⁻ = Z − заряд, в анионе e⁻ = Z + |заряд|; в реакциях ядро не меняется.
• Изотопы: Z одинаково, N разное; Ar = A₁φ₁ + A₂φ₂ (Cl: 75 % ³⁵Cl + 25 % ³⁷Cl = 35,5).
• s — 1 орбиталь (2 e⁻), p — 3 (6 e⁻), d — 5 (10 e⁻); на n-м уровне n² орбиталей, 2n² электронов.
• Порядок заполнения: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p; Паули: на орбитали ≤ 2 e⁻ с противоположными спинами; Хунд: сначала по одному.
• Исключения: Cr — 3d⁵4s¹, Cu — 3d¹⁰4s¹.
• В возбуждённом состоянии электрон переходит на свободную орбиталь того же уровня: C* (IV), P (III, V), S (II, IV, VI), Cl (I, III, V, VII); во 2-м периоде d нет.

Типичные ошибки

«Массовое число равно числу протонов».

Массовое число — сумма протонов и нейтронов: A = Z + N; число протонов — Z.

«В катионе электронов больше, чем протонов».

Наоборот: катион потерял электроны — у Na⁺ 11 протонов, 10 электронов. Больше электронов — у аниона.

«Подуровень 3d заполняется раньше 4s».

Энергия 4s меньше (n + l = 4 < 5): у K и Ca заполняется 4s, 3d начинается со Sc; хром и медь — исключения.

«Азот при возбуждении становится пятивалентным».

На 2-м уровне нет d-орбиталей, 2s-электрону некуда перейти: валентность азота не больше IV (одна — по донорно-акцепторному механизму).

Итоги

Самостоятельная работа

Задания расположены от простых к сложным. Сначала реши сам, потом выбери вариант; пояснение откроется после ответа.

1 · Уровень 1

Сколько нейтронов в атоме ³²₁₆S?

N = A − Z = 32 − 16 = 16.

2 · Уровень 1

Чем различаются ядра изотопов?

У изотопов Z одинаково, N разное — поэтому различаются и массовые числа.

3 · Уровень 2

Сколько электронов в ионе Fe²⁺ (Z = 26)?

Катион потерял 2 электрона: 26 − 2 = 24.

4 · Уровень 2

Какое наибольшее число электронов может быть на 3-м энергетическом уровне?

2n² = 2 · 3² = 18 (3s² 3p⁶ 3d¹⁰).

5 · Уровень ГЭЦ

Атом какого элемента имеет электронную формулу, оканчивающуюся на …3d¹⁰4s¹?

Медь (Z = 29): один электрон переходит с 4s на 3d, d-подуровень заполняется полностью.

6 · Уровень ГЭЦ

Сколько неспаренных электронов у атома фосфора в возбуждённом состоянии (P*)?

P*: 3s¹3p³3d¹ — 1 + 3 + 1 = 5 (валентность V).

Экзаменационные задания и официальные пояснения — ГЭЦ (PDF на азербайджанском языке, в уроке — в переводе):

1. 01.06.2025, IV группа специальностей (PDF) — вариант A, 36; B-34, C-50, D-41
2. 07.06.2026, I группа специальностей (PDF) — вариант A, 84; B-86, C-83, D-86
3. 07.06.2026, IV группа специальностей (PDF) — вариант A, 48; B-45, C-46, D-46
4. 12.07.2026, I группа специальностей (PDF) — вариант A, 64; B-80, C-62, D-78
5. 12.07.2026, IV группа специальностей (PDF) — вариант A, 47; B-41, C-49, D-32

История, сцены, примеры, задания «Проверь себя» и «Самостоятельная работа» — наши, не из материалов ГЭЦ. Задания и пояснения ГЭЦ даны в переводе с азербайджанского; знак «…» обозначает пропущенную часть.