Задание 2 ОГЭ по химии: строение атома и электронных оболочек

Что проверяет задание

Задание 2 ОГЭ по химии проверяет умение работать со строением атома: определять число протонов, нейтронов и электронов, распределять электроны по энергетическим уровням и связывать это распределение с положением элемента в периодической таблице — номером периода и номером группы. По сути, это задание на перевод «модели атома» (рисунок с ядром и электронными слоями) или электронной формулы в координаты таблицы Менделеева.

В основе лежит фундаментальная идея: строение электронной оболочки атома напрямую определяет химические свойства элемента, а значит, и его место в периодической системе. Поэтому умение «читать» схему атома — это не абстрактная теория, а рабочий инструмент для решения многих других заданий ОГЭ.

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Типичная формулировка звучит так: «На приведённом рисунке изображена модель атома химического элемента. Запишите номер периода (X) и номер группы (Y), в которых расположен химический элемент». Ответ записывается двумя цифрами через определённый формат, например XY, где X — период, Y — группа.

Встречаются и другие варианты того же задания из открытого банка ФИПИ:

• определить число протонов, нейтронов, электронов в атоме или ионе по обозначению элемента с массовым числом и зарядом;
• дать электронную конфигурацию атома и указать, сколько электронов на внешнем уровне;
• сравнить строение атомов двух элементов и определить, какой из них расположен в том же периоде или группе.

Задание оценивается в 1 балл, ответ вводится в строго заданном формате (обычно две цифры без пробелов). Ошибка в порядке цифр или лишний пробел засчитывается как неверный ответ, поэтому важно внимательно читать формат записи в условии.

Что нужно знать

• Заряд ядра атома равен числу протонов и совпадает с порядковым номером элемента в таблице Менделеева: $Z = N(p^+)$.
• В нейтральном атоме число электронов равно числу протонов: $N(e^-) = Z$.
• Число нейтронов находится через массовое число $A$ и заряд ядра: $N(n^0) = A - Z$.
• Электроны в атоме распределяются по энергетическим уровням (слоям), номер уровня $n$ принимает значения $1, 2, 3, \dots$
• Максимальное число электронов на уровне с номером $n$ равно $2n^2$: первый уровень — 2 электрона, второй — 8, третий — 18 (но для элементов первых четырёх периодов третий уровень часто заполнен лишь до 8 электронов, если это внешний слой).
• Номер периода в таблице Менделеева равен числу энергетических уровней (электронных слоёв) в атоме элемента.
• Для элементов главных подгрупп (A-групп) номер группы равен числу электронов на внешнем (последнем) энергетическом уровне.
• Уровни делятся на подуровни: $s$, $p$, $d$, $f$. На $s$-подуровне максимум 2 электрона, на $p$ — 6, на $d$ — 10.
• Порядок заполнения подуровней (для первых 20 элементов): $1s,\ 2s,\ 2p,\ 3s,\ 3p,\ 4s$.
• Электронная формула атома — это запись вида $1s^2 2s^2 2p^4$, где сумма всех верхних индексов равна общему числу электронов в атоме.
• Внешний уровень у атомов элементов главных подгрупп содержит электроны только $s$- и $p$-подуровней этого же уровня.

Методы решения

Метод 1. Чтение модели атома по рисунку. На схеме ядро изображено в центре, а вокруг него — дуги (окружности), обозначающие электронные слои, с указанием числа электронов на каждом. Считаем количество дуг — это номер периода. Смотрим число электронов на самой внешней дуге — это номер группы (для элементов главных подгрупп). Пример: если на рисунке два слоя с числами 2 и 5, то период 2, группа 5 (азот).

Метод 2. Электронная формула → положение в таблице. Складываем все верхние индексы электронной формулы, получаем общее число электронов, то есть порядковый номер элемента. Номер периода — это наибольший номер уровня $n$, встречающийся в формуле. Номер группы — сумма электронов внешнего уровня. Пример: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^4$ — всего электронов $2+2+6+2+4=16$ (сера), период 3 (максимальный $n=3$), внешний уровень $3s^2 3p^4$ — 6 электронов, группа 6.

Метод 3. От порядкового номера к схеме атома. Если известен только порядковый номер элемента, распределяем электроны по слоям вручную: сначала заполняем первый слой (максимум 2 электрона), затем второй (максимум 8), затем третий и так далее, соблюдая правило заполнения. Пример: элемент с номером 12 (магний) — распределение 2, 8, 2 (три слоя, на внешнем 2 электрона) → период 3, группа 2.

Метод 4. Определение протонов, нейтронов, электронов через обозначение нуклида. Если дана запись вида $^{A}_{Z}X$, то число протонов $Z$, число нейтронов $A-Z$, число электронов в нейтральном атоме равно $Z$. Для ионов число электронов меняется: у катиона с зарядом $+n$ электронов на $n$ меньше, чем протонов, у аниона с зарядом $-n$ — на $n$ больше. Пример: для иона $Mg^{2+}$ ($Z=12$) число электронов $12-2=10$.

Метод 5. Сравнение атомов по числу слоёв и внешних электронов. Если нужно сравнить два элемента, сначала для каждого находим число слоёв (период) и число внешних электронов (группа), а затем сравниваем полученные пары чисел. Пример: у калия (период 4, группа 1) и у натрия (период 3, группа 1) совпадает номер группы, значит, они находятся в одной группе периодической таблицы, что определяет сходство их химических свойств.

Алгоритм решения по шагам

1. Определите тип задания: дана модель атома (рисунок), электронная формула или обозначение нуклида.
2. Если дан рисунок — посчитайте число электронных слоёв (дуг вокруг ядра). Это число равно номеру периода X.
3. Найдите число электронов на самом внешнем (последнем) слое. Это число равно номеру группы Y (для элементов главных подгрупп).
4. Если дана электронная формула — сложите верхние индексы, чтобы получить общее число электронов и убедиться, что оно совпадает с порядковым номером элемента.
5. Определите максимальный номер уровня $n$ в формуле — это номер периода.
6. Определите сумму электронов на подуровнях последнего уровня — это номер группы.
7. Запишите ответ в требуемом формате (обычно две цифры подряд без разделителей, если не указано иное).
8. Проверьте результат по общей закономерности: чем больше номер периода, тем больше электронных слоёв; чем больше номер группы, тем больше электронов на внешнем слое (для элементов главных подгрупп это правило работает надёжно для 1–20 элементов).

Разбор примеров

Пример 1. Условие: на рисунке изображена модель атома. По схеме видно два электронных слоя. На внутреннем слое — 2 электрона, на внешнем — 6 электронов.

Шаг 1. Считаем число слоёв: их два, значит, номер периода $X = 2$.

Шаг 2. Смотрим на внешний слой — на нём 6 электронов, значит, номер группы $Y = 6$.

Шаг 3. Проверка: суммарное число электронов $2+6=8$ соответствует порядковому номеру 8 — это кислород, который действительно находится во втором периоде, шестой группе главной подгруппы.

Ответ: 2 и 6, то есть запись XY даёт результат 26.

Пример 2. Условие: на рисунке изображена модель атома с тремя электронными слоями: 2, 8 и 2 электрона соответственно.

Шаг 1. Считаем число слоёв: их три, значит, номер периода $X = 3$.

Шаг 2. Смотрим на внешний (третий) слой — там 2 электрона, значит, номер группы $Y = 2$.

Шаг 3. Проверка: суммарное число электронов $2+8+2=12$ соответствует порядковому номеру 12 — это магний, который расположен в третьем периоде и второй группе главной подгруппы, что подтверждает металлические свойства и характерную степень окисления +2.

Ответ: 3 и 2, запись XY даёт результат 32.

Пример 3. Условие: на рисунке изображена модель атома с двумя электронными слоями: 2 и 7 электронов соответственно.

Шаг 1. Считаем число слоёв: их два, значит, номер периода $X = 2$.

Шаг 2. Смотрим на внешний слой — на нём 7 электронов, значит, номер группы $Y = 7$.

Шаг 3. Проверка: суммарное число электронов $2+7=9$ соответствует порядковому номеру 9 — это фтор, элемент второго периода седьмой группы главной подгруппы, типичный неметалл с высокой электроотрицательностью.

Ответ: 2 и 7, запись XY даёт результат 27.

Во всех трёх примерах логика одинакова: число дуг на схеме — это период, число электронов на последней дуге — это группа. Такой алгоритм работает для всех элементов главных подгрупп в пределах первых трёх-четырёх периодов, что и составляет основной массив заданий этого типа в открытом банке ФИПИ.

Типичные ошибки и ловушки

• Путают номер периода и номер группы местами при записи ответа: важно чётко помнить, что период — это число слоёв, а группа — число электронов на внешнем слое.
• Неправильно считают число слоёв на рисунке, если схема нарисована нестандартно или дуги расположены близко друг к другу — нужно внимательно считать именно замкнутые линии вокруг ядра, а не отдельные точки-электроны.
• Забывают, что максимальное число электронов на слое — не всегда $2n^2$: третий слой у элементов первых четырёх периодов часто содержит не более 8 электронов, если он является внешним, а не заполняется полностью до 18.
• Путают заряд ядра с массовым числом: заряд ядра равен числу протонов и порядковому номеру, а массовое число включает ещё и нейтроны.
• Ошибаются в определении числа электронов у ионов: забывают вычесть или добавить электроны в соответствии с зарядом иона.
• Неверно определяют группу для элементов с большим числом электронов на внешнем уровне, путая её с номером периода, особенно когда на внешнем слое ровно столько же электронов, сколько слоёв.
• Неправильно записывают итоговый ответ в требуемом формате: перепутывают порядок цифр или добавляют лишние символы, хотя в условии чётко указано XY.

Как готовиться

Основу для уверенного решения этого задания составляет таблица Менделеева перед глазами: нужно научиться быстро находить порядковый номер любого элемента первых четырёх периодов и сразу представлять его схему электронных слоёв. Полезно самостоятельно нарисовать схемы атомов для всех элементов с 1 по 20 номер, отметив число слоёв и распределение электронов — так формируется автоматический навык.

Стоит потренироваться в двух направлениях: от рисунка к периоду и группе, и от номера элемента к рисунку. Полезно решать задания из открытого банка ФИПИ по этой теме подряд, чтобы увидеть все вариации формулировок — модели атомов, электронные формулы, обозначения нуклидов с массовым числом и зарядом.

Отдельное внимание нужно уделить формату записи ответа: в разных заданиях требуется либо просто число, либо две цифры подряд, либо цифры через определённый разделитель. Перед сдачей всегда проверяйте, соответствует ли ваш ответ образцу из условия.

Наконец, полезно связывать эту тему с соседними разделами курса: строение атома объясняет закономерности изменения свойств элементов по периодам и группам, поэтому повторение этого задания одновременно укрепляет понимание металлических и неметаллических свойств, валентности и степеней окисления, которые проверяются в других заданиях экзамена.