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第一章 原子结构与性质
第一节 原子结构
课时三 电子云与原子轨道
学习目标
通过原子轨道和电子云模型的学习，了解核外电子的运动特点及核外电子运动状态的描述方法。
01
知识回顾
原子
光谱
能量
量子化
能级
能层
原子结构示意图
构造原理
问题：不同能级中最多可容纳电子数为什么不同？
简化电子排布式
电子排布式
价层电子排布式
Na
1s22s22p63s1
[Ne]3s1
3s1
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}能级
s
p
d
f
最多可容纳电子数
2
6
10
14
02
原子结构理论的发展
【思考交流】如何表示核外电子的运动状态？
电子是否像行星一样，沿着固定的轨道围绕原子核运动？
02
原子结构理论的发展
核外电子的运动特点
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}运动特点
宏观物体
核外电子
质量
很大
很小
位置
可测
不可以同时测定
速度
可测
轨迹
可以描述
不能准确描述
02
原子结构理论的发展
【科学探索】原子核外的电子运动状态倒底怎么样呢？
1911年，英国物理学家卢瑟福根据1910年进行的α粒子散射实验，提出了原子结构的行星模型。在这个模型里，电子像太阳系里的行星围绕太阳转一样围绕着原子核旋转。
α粒子散射实验
02
原子结构理论的发展
氢原子模型
1913年，丹麦科学家玻尔在卢瑟福模型的基础上，他提出了氢原子模型，电子在线性轨道上运行，解决了原子结构的稳定性问题，描绘出了完整而令人信服的原子结构学说。氢原子结构理论成功的阐述了原子的稳定性，氢原子光谱的产生和不连续性。
氢原子光谱与氢原子能级
02
原子结构理论的发展
用一个数学方程描述核外电子的运动状态。
核外电子的运动特点
量子力学指出，一定空间运动状态的电子并不在波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。
——不确定性与概率
薛定谔
量子力学奠基者
02
原子结构理论的发展
电子在某区域出现的机会称为概率(P)，在某区域单位体积内出现的概率称为概率密度(ρ= ????????)。
?
左图是氢原子1s电子的概率密度分布图。
图中的小点是什么呢？是电子吗？
小点是1s电子在原子核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，因而被形象的称作“电子云”。
电子云
03
电子云
玻尔模型
电子云模型
电子在__________上绕核运行
线性轨道
03
电子云
概率密度 ρ =
电子在某处出现的概率
该处的体积
一定空间运动状态的电子在核外空间各处都可能出现，但出现的 不同
概率
氢原子1s电子的概率密度分布图
电子云
小点越密，表明概率密度越大。
——核外电子的概率密度分布（看起来像一片云雾）
03
电子云
把电子在原子核外空间出现概率P= 90%的空间圈出来。
电子云轮廓图：
电子云图难绘制
电子云轮廓图
03
电子云
同一原子的 s 电子的电子云轮廓图
1. 不同能层的s电子云形状一致，均为球形；
2. 能层越高，s电子的电子云半径越大。
为什么？
由于电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。
原子轨道
04
原子轨道
电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个__________。
1s
2s
3s
4s
s电子：只有____个原子轨道，呈_______
能层序数越大，原子轨道的半径越大。
球形
原子轨道
1
04
原子轨道
p 电子的原子轨道：呈_______
哑铃形
p能级: 有____个原子轨道，
相对于x、y、z轴_____，它们相互垂直。
对称
3
04
原子轨道
d能级的电子云轮廓图
花瓣形
04
原子轨道
f能级的电子云轮廓图
04
原子轨道
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}能层
能级
原子轨道数
原子轨道符号
电子云轮廓图
形状
取向


















{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}K
1s
1
1s
球形
-
L
2s
1
2s
球形
-
2p
3
2px、2py、2pz
哑铃形
相互垂直
M
3s
1
3s
球形
-
3p
3
3px、3py、3pz
哑铃形
相互垂直
3d
5
-
-
-
【巩固?评价】
填下表，归纳总结能层、能级和原子轨道之间的关系。
课堂练习
05
课堂练习
1、下列说法正确的是（ ）
A． 电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动
B． 电子云图中的小黑点密度大，说明该原子核外空间电子数目多
C．ns 能级的电子云轮廓图可表示为
D．3d3表示能级有3个轨道
C
05
课堂练习
2、下列对核外电子运动状态的描述正确的是 (　　)
A. 电子的运动与行星相似，围绕原子核在固定的轨道上高速旋转
B. 2px、2py、2pz轨道相互垂直，能量不相等
C. 能层序数越大，s电子云的半径越大
D. 在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定相同
C
05
课堂练习
3．下列有关认识正确的是(? )
A．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7
B．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束
C．各能层含有的能级数为n-1
D．各能层含有的电子数为2n2
A
05
课堂练习
4.下列说法正确的是（ ）
A．p电子云是平面“8”字形的
B．3p2表示3p能级中有两个原子轨道
C．2d能级包含5个原子轨道，最多容纳10个电子
D．处于最低能量的原子叫基态原子
D
05
课堂练习
5.第N能层所含能级数、原子轨道数和最多容纳电子数分别为（ ）
A．3、32、2× 32 B．4、42、2× 32
C．5、42、5× 32 D．4、42、2× 42
D
05
课堂练习
6.某基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4，下列说法错误的是(　　)
A．该元素原子核外共有34个运动状态不同的电子
B．该元素原子的最高能层符号为N
C．该元素原子核外电子有18种空间运动状态
D．该元素原子价层电子排布式为3d104s24p4
D
05
课堂练习
(1)从空间角度看，2s轨道比1s轨道大，其空间包含了1s轨道___________ 。
(2)同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多__________。
(3)p能级的能量一定比s能级的能量高___________。
(4)2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等___________。
(5)2px、2py、2pz轨道相互垂直，能量相等___________。
7．正误判断
错误
正确
错误
错误
正确
05
课堂练习
8．基态钾原子中，其占据的最高能层的符号是___________；基态钾离子占据的最高能级共有___________个原子轨道，其形状是___________。
N
3
哑铃形
基态钾原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p64s1，
基态钾离子的电子排布式是1s22s22p63s23p6
06
课堂小结
构造原理与电子排布式
电子云&原子轨道
电子排布式的书写
电子填充: 依据构造原理
书写电子排布式：按能层序号由低到高;
构造原理
E(4s)＜E(4p)＜E(4d)＜E(4f)
相同能层：
同类能级：
E(1s)＜E(2s)＜E(3s)＜E(4s)
能级交错
s电子的原子轨道呈 形
p电子的原子轨道呈_______形
球
哑铃
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