资源简介

(共19张PPT)
第一章 原子结构与性质
第一节 原 子 结 构
第3课时 原子核外电子运动状态与排布规则
人教版高中化学选必二
问题：电子分布在能级上，是类似洋葱的壳层结构吗？
1913年，玻尔提出氢原子模型，
电子在确定的线性轨道上绕核运行。
局限性：宏观物体的运动规律不适用于微观粒子
歼-20
宏观物体 核外电子
质量 很大
速度 较慢
位移 可测
能量 可测 轨迹 可描述 （画图或函数描述）
很小
很快（接近光速）
位移、能量
不可同时测定
不可确定
1920年，海森堡提出著名的海森堡测不准原理：无法同时精确测量某个电子在某一时刻的位置和动量。
1803年
道尔顿
1904年
1911年
1913年
1926～1935年
汤姆孙
卢瑟福
波尔
薛定谔
实心球模型
葡萄干面包模型
行星式模型
原子轨道模型
现代电子云模型
人类认识原子的历史是漫长的，也是无止境的。
提出电子分层运动
电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速圆周运动。
提出原子坚实的、不可再分实心球
确认电子平均分布着正电荷的粒子，镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成中性原子。
确认原子核发现质子
中心有一个带正电荷的核，电子在它的周围沿着不同轨道运转，就像行星环绕太阳运转一样。
1926年奥地利物理学家薛定谔提出：可以用一个数学方程描述核外电子的运动状态，为近代量子力学奠定了理论基础。量子力学推翻了玻尔的氢原子模型。
量子力学指出：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动，而是在核外空间各处都可以出现，只是出现的概率不同。
埃尔温·薛定谔
(Erwin Schr dinger)
任务一 概率密度与电子云
1. 概率密度
在单位空间（体积）内出现的概率。
ρ＝
P
V
氢原子1s电子的概率密度分布图
小点：1s电子在原子核外出现的概率密度的形象描述；
小点越密,概率密度越大。
小点不是电子，小点是1s电子在原子核外出现的概率密度的形象描述，不代表电子的运动轨迹，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”。
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。
2. 电子云
任务一 概率密度与电子云
3. 电子云轮廓图
电子云图很难绘制，使用不便，我们常使用电子云轮廓图。绘制电子云轮廓图时，把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来。
氢原子的1s电子云轮廓绘制过程
x
y
z
电子云图难绘制
电子云轮廓图
任务一 概率密度与电子云
3. 电子云轮廓图
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
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，能量相同，称为简并轨道。
方向上：互相垂直
能量上：相等
s电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道的半径越大，能量越大
任务一 概率密度与电子云
4. 原子轨道
定义：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。一种轨道代表一种空间运动状态。
表示：常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状和取向。各能级的一个伸展方向的电子云轮廓图即表示一个原子轨道。
轨道数：s能级：只有1个原子轨道，呈球形；p能级: 有3个原子轨道，它们相互垂直，呈哑铃形。
任务一 概率密度与电子云
能层 能级 原子轨道数 原子轨道名称 电子云轮廓图的性质与取向 形状 取向
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 …… …… ……
4
9
2
3
N 4s 1 4s 球形
4p 3 4px、4py、4pz 哑铃形 相互垂直
4d 5 …… …… ……
4f 7 …… …… ……
4
16
①各能层：能层序数=能级个数
②各能层最多原子轨道数=能层序数的平方
③各能层最多容纳电子数：2n2
任务二 基态原子核外电子排布规则
能级 s p d f
最多可容纳电子数 2 6 10 14
原子轨道数 1 3 5 7
单轨道容纳电子数
2 2 2 2
每个原子轨道中最多可容纳两个电子
思考：为什么一个轨道可以容纳2个电子呢？这两个电子的运动状态有什么差异呢？
问题：回顾s、p、d、f能级所能容纳的电子数，结合该能级的原子轨道数，你有什么发现？
任务二 基态原子核外电子排布规则
钠原子光谱实验
最外层只有1个电子的碱金属原子光谱会在光谱里呈现双线
斯特恩-盖拉赫实验
最外层只有1个电子的银原子在外加电场里加速飞行通过一个不对称磁场时会分成两束
提出猜想：轨道中的单电子可能存在两种不同的运动状态
1925年：“电子自旋”概念的提出
电子除空间运动状态外，还有一种运动状态叫做自旋，电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，分别用“↑”和“↓”表示自旋相反的电子。
任务二 基态原子核外电子排布规则
1. 电子自旋
在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头（ ↑ 和 ↓ ）表示自旋相反的电子。
思考: 一个原子中能否存在运动状态完全相同的2个电子？
电子的运动状态由能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定，不存在运动状态完全相同的2个电子。
思考：基态氧原子核外有几个运动状态？有几种空间运动状态？
8 5
在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反。
任务二 基态原子核外电子排布规则
2. 泡利原理（也称泡利不相容原理）
3.轨道表示式（又称电子排布图）
用方框（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，箭头（↑或↓）表示一种自旋状态电子。
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
Al
↑
1个方框表示1个原子轨道
1个箭头表示1个电子及其自旋状态（用“↑↓”表示两个自旋相反的电子）
能层序数
能级符号
单电子（或未成对电子）
没有电子的轨道称为空轨道
通常在方框下方或上方记能级符号
填多少
任务二 基态原子核外电子排布规则
4. 洪特规则
基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行。
怎么填
70%
适用范围：
洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子。洪特规则适用于电子填入简并轨道，并不适用于电子填入能量不同的轨道
基态碳原子可能的轨道表示式
↑
↑
1s
↑
↑
2s
↑
↑
2p
↑
↑
1s
↑
↑
2s
↑
2p
↑
↑
↑
1s
↑
↑
2s
↑
2p
↑
√
任务二 基态原子核外电子排布规则
5. 洪特规则特例
简并轨道全充满、半充满或全空状态是能量较低的稳定状态。
全充满：p6、d10、f14
体系能量较低，原子较稳定
半充满：p3、d5、f7
全空：p0、d0、f0
↑
↑
↑
3d
↑
↑
↑
4s
24Cr：
只有一组全满的简并轨道
↑
↑
↑
3d
↑
↑
↑
4s
有两组半满的简并轨道
√
体系能量较低，原子较稳定
体系能量高，原子不稳定
练习：请写出29Cu的价层电子的轨道表示式
3d 4s
↑↓
↑↓
↑
↑↓
↑↓
↑↓
Cu
任务二 基态原子核外电子排布规则
1.下列轨道表示式中哪个是硼的基态原子 为什么
2.下列轨道表示式中哪个是氧的基态原子 为什么




A.
B.
A
C
B
3.某元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。请写出该元素原子的价层电子的轨道表示式 ？
O
↑↓
2s
↑
↑
↑
↓
2p
C
↑↓
2s
↑
↑
2p
任务二 基态原子核外电子排布规则
6. 能量最低原理——自然界的普适规律（构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低）。
影响因素：整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。
以下几种元素的基态原子的价电子排布并分析：是否符合构造原理及洪特规则特例？如何理解这些排布方式？
Nb: 4d45s1 Ru:4d75s1 Rh:4d85s1 W:5d46s2
以上四种元素的基态原子价层电子排布既不遵守构造原理，也不能用洪特规则特例来解释。但根据客观事实，以上排布符合能量最低原理。
所有电子排布规则都需要满足能量最低原理
知识总结
核外电子排布表示方法
能量最低原理
泡利原理
洪特规则
核外电子排布三原则
使整个原子能量最低
最多容纳2e-，且自旋相反
先单独分占，且自旋平行
原子结构示意图
电子排布式
简化电子排布式
价电子排布式
轨道表示式
直观反映出核内质子数、核外电子层数及各电子层上的电子数
直观反映能层，能级上的电子数
能直观反映出电子的排布情况和自旋状态
填多少
怎么填

展开更多......

收起↑