1、第一节 原子结构 第3课时 电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 人类对原子结构的认识经历了一个漫长的、不断深化的过程。早在公元前 400多年，古希腊哲学家就把构成物质的最小单位称为原子，但直到1803 年，英国化学家道尔顿（J.Dalton）才把原子从一个扑朔迷离的哲学名词变为化学中具有确定意义的实在微粒，并提出了原子论。1904年，汤姆孙（J.J.Thomson）在发现电子的基础上提出了原子结构的葡萄干布丁模型，开始涉及原子内部的结构。1911年，英国物理学家卢瑟福（E.Rutherford）根据 粒子散射实验提出了原子结构的核式模型。在此基础上，丹麦科学家玻尔（N.Bohr
2、）于 1913年根据原子光谱实验，进一步建立起核外电子分层排布的原子结构模型。20世纪 20年代中期建立的量子力学理论，使人们对原子结构有了更深刻的认识，从而产生了原子结构的量子力学模型。回顾人类对原子结构的认识过程，你收到了哪些启发？现代科学对原子结构的描述究竟是怎样的？【思考】1.知道原子核外电子的能级高低顺序，了解原子核外电子排布的构造原理。2.认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则等。3.知道136号元素基态原子核外电子的排布。4.知道电子的运动状态(空间分布及能量)可通过原子轨道和电子云模型来描述。1.通过认识原子结构及核外电子排布，辨识微观粒子的运动状态不
3、同于宏观物体的运动状态。(宏观辨识与微观探析)2.结合原子核外电子排布规律及核外电子排布的原则建立观点、结论和证据之间的逻辑关系。(证据推理与模型认知)体会课堂探究的乐趣，汲取新知识的营养，让我们一起吧！进走课堂一定空间运动状态的电子并不在玻尔假设的线性轨道上运行，而在核外空间各处都有可能出现，但出现的概率不同【思考与讨论】量子力学 1913年，玻尔提出氢原子模型，电子在线性轨道上绕核运行，然而到了1926年，玻尔建立的线性轨道模型被量子力学推翻。原子核外电子的运动状态是怎么样的呢？一、电子云与原子轨道1.概率密度 1913年，波尔提出氢原子模型，电子在线性轨道上绕核运行量子力学指出，一定空间
4、运动状态的电子并不在玻尔假定的线性轨道上运行，而在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同，可以算出它们的概率密度分布。P表示电子在某处出现的概率V表示该处的体积概率密度：=VPVP氢原子的1s电子在原子核外出现的概率分布图小点是1s电子在原子核外出现外出现的概率密度的形象描述小点越密，表明概率密度越大由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称为电子云2.电子云 电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率分布的形象化描述。电子云图很难绘制，使用不便，我们常使用电子云轮廓图电子云轮廓图的绘制过程 绘制电子云轮廓图的目的是表示 的形状,对核外电子的 有一个形象化的简便描
5、述。绘制电子云轮廓图时,把电子在原子核外空间出现概率P=的空间圈出来。电子云轮廓 空间运动状态 90%3.电子云轮廓图 (1)所有原子的任一能层 的s电子的电子云轮廓图都是一个球形 只是球的半径不同 同一原子的能层越高，s电子云半径越大 提示：由于电子能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率增大，电子云越来越向更大的空间扩展(2)p电子云的形状是哑铃状的，有3个互向垂直电子云分别称为Px、Py、Pz右下角x、y、z分别是p电子云在直角坐标系里的取向4.原子轨道 量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。ns能级各有个轨道，np能级各有个 轨 道，nd能级各有个轨道，nf能
6、级各有个轨道。1573能层数 K L M N O P Q n 能级数 1 2 3 4 5 6 7 轨道数 1 4 9 16 25 36 49 n n2 二、基态原子的核外电子排布原则 1.电子自旋（1）定义：电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。（2）两种取向及表示方法：电子自旋可以比喻成地球的自转。电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向。常用方向相反的箭头“”和“”表示自旋状态相反的电子。提示：自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定电子的运动状态，电子能量与能层、能级有关，电子运动的空间范围与原子轨道有关 一个原子中不可
7、能存在运动状态完全相同的2个电子 能级 s p d f 原子轨道数 1 3 5 7 最多容纳电子数 在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,且它们的自旋相反。这个原理被称为泡利原理（也称泡利不相容原理）。如2s2的电子排布图为 ,不能表示为 。填多少 2.泡利原理 能层（n）1 2 3 4 5 符号 K L M N O 能级 s s p s p d s p d f s p d f g 轨道 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 1 3 5 7 9 轨道容纳电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 18 最多容纳电子数 2 8 18 32 50 原子核外电子的排
8、布 (1)轨道表示式又称电子排布图,是表述电子排布的一种图式,如氢原子、氧原子的基态原子的轨道表示式分别为:其中方框(也可用圆圈)表示原子轨道,能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框相连.能反映各轨道的能量的高低及各轨道上的电子分布情况，自旋方向。将每一个原子轨道用一个方框表示,在方框内标明基态原子核外电子分布的式子称为电子排布图。3.电子排布的轨道表示式-电子排布的另一种方式(2)箭头表示一种自旋状态的电子,“”称电子对,“”或“”称单电子(或称未成对电子)。如基态氧原子有2个未成对电子。(3)箭头同向的单电子称自旋平行,如基态氧原子有2个自旋平行的2p电子。(4)通常应在方框下方或上方标记能
9、级符号。有时画出的能级上下错落,以表达能量高低不同。电子对：同一个原子轨道中，自旋方向相反的一对电子 单电子：一个原子轨道中只有一个电子，即未成对电子 以铝原子为例，说明轨道表示式中各部分的含义：铝原子外层成对电子对的数目为6,有一个单电子。Li Be B C 1s 2s 1s 2s 2p 1s 2s 2p 1s 2s N O 1s 2s 2p 1s 2s 2p F Ne 1s 2s 2p 1s 2s 2p 第二周期元素原子的电子排布图（即轨道表示式）基态原子中,填入简并轨道(能量相同的原子轨道)的电子总是先单独分占,且自旋平行（自旋方向相同）,称为洪特规则。它不仅适用于基态原子,也适用于基态
10、离子。4.洪特规则 当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同。C：1s2 2s22p2 洪特规则是针对电子填入简并轨道而言的,并不适用于电子填入能量不同的轨道。如2p3的电子排布图为 ,不能表示为 。怎么填 有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差。因为能量相同的原子轨道在全充满、半充满、全空状态时，体系的能量较低，原子较稳定。相对稳定的状态 全充满：p6、d10、f14 半充满:p3、d5、f7 全空:p0、d0、f0 洪特规则特例 洪特规则特例：全空、半充满、全充满时相对稳定写出 24Cr 29Cu 电子排布式 29Cu 1s22s22
11、p63s23p63d104s1 24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 洪特规则特例：当轨道被电子半充满或全充满或全空时最稳定，即p3、d5、f7半充满和p6、d10、f14全充满稳定。【学以致用】5.能量最低原理 在构建基态原子时，电子将尽可能占据能量最低的原子轨道,使整个原子的能量最低,这就是能量最低原理。多电子原子在基态时原子核外电子优先占有能量最低的轨道，然后依次进入能量高的轨道，这样使整个原子处于能量最低的状态。整个原子的能量有核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。自然界的普适规律 能级的能量高低顺序如构造原理所示(对于136号元素来说，应重点掌握和记忆“1s2s
12、2p3s3p4s3d4p”这一顺序)。铁原子的电子排布图 洪特规则泡利原理能量最低原理1s2s2p3p3d3s4s 写出5、6、7、8、9号元素的核外电子排布式。并记住各主族元素最外层电子排布式的特点(成对电子对的数目、未成对电子数和它占据的轨道)。答案 B:1s22s22p1 成对电子对的数目:2 未成对电子数:1 未成对电子占据的轨道:2p C:1s22s22p2 成对电子对的数目:2 未成对电子数:2 未成对电子占据的轨道:2p N:1s22s22p3 成对电子对的数目:2 未成对电子数:3 未成对电子占据的轨道:2p O:1s22s22p4 成对电子对的数目:3 未成对电子数:2 未成
13、对电子占据的轨道:2p F:1s22s22p5 成对电子对的数目:4 未成对电子数:1 未成对电子占据的轨道:2p【学以致用】表示方法 原子结构示意图 电子式 电子排布式 简化电子排布式 价电子排布式 电子排布图 价电子排布图 以硫(S)为举例 S：1s22s22p63s23p4 Ne3s23p4 S：3s23p4 基态原子核外电子排布的表示方法 S：七图式 原子核外电子排布遵循的原理和规则 原子核外电子排布的表示式 能量最低原理 泡利原理 洪特规则 电子排布式、价电子排布式 电子排布图 原子结构示意图 全满、半满、全空相对稳定 遵循的原理和规则 1.下列叙述正确的是()A.Ar3d64s2是
14、基态铁原子的电子排布 B.铬原子的电子排布式:1s22s22p63s23p64s13d5 C.铜原子的外围电子排布式是3d94s2 D.氮原子的电子排布图是 A 2.下列有关碳原子的电子排布图中,能量最低的是()A.B.C.D.D 3.下列有关原子核外电子的能量与运动状态的说法正确的是()A.在同一原子中,2p、3p、4p能级的电子轨道数依次增多 B.在同一能级上运动的电子,其能量一定相同 C.在同一能级上运动的电子,其运动状态有可能相同 D.在同一原子中,1s、2s、3s、4s能级的原子轨道的平均半径相同 B 4.下列关于硅原子的核外电子排布表示方法中,错误的是()A.1s22s22p63s23p2 B.Ne3s23p2 C.D.C5.(1)写出砷的元素符号 ,原子中所有电子占据 个能级,共占有 个轨道,核外共有 个不同运动状态的电子。(2)写出元素Ni的名称 ,该元素在周期表的位置为第 周期,第 族。(3)第四周期基态原子中未成对电子数最多的元素是 ,该元素基态原子的价电子轨道表示式为 。(4)第三电子层上有 个能级,作为内层最多可容纳 个电子,作为最外层时,最多可含有 个未成对电子。As81833镍四铬(或Cr)3183 时间是由分秒积成的，善于利用零星时间的人，才会做出更大的成绩来。
