资源简介

(共36张PPT)
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 α 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）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1～36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
原子核外电子的运动状态是怎么样的呢？
量子力学指出，一定空间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(ρ)分布。
1913年，玻尔提出氢原子模型，电子在线性轨道上绕核运行。
1926年，玻尔建立的线性轨道模型被量子力学推翻
一、电子云与原子轨道
1.概率密度
用P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积，则 称为概率密度，用ρ表示。
P
V
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
2.电子云：
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”。
(1)定义：
一定空间运动状态的电子在核外空间的概率密度分布的形象化描述
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%
（2）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
s电子云轮廓图的绘制过程
（3）电子云形状
①s能级
以下为相同原子的s电子的电子云轮廓图，能发现什么规律？
ⅰ.不同能级s电子的电子云形状一致，均为球形。
ⅱ.能层越高，s电子的电子云半径越大。
为什么？
能层越高，电子的能量越大，电子在离核更远的区域出现的概率越大，电子云越来越向更大的空间扩展。
②p能级
p能级的电子云轮廓图与s能级的相同吗？
ⅰ.p电子云轮廓图是哑铃状的。
ⅱ.每个p能级都有3个相互垂直的电子云，分别称为 px、py和 pz。
ⅲ.能层越高，p能级电子云半径越大。
③d能级
——五个电子云
④f能级
——七个电子云
3.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。
常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状与取向。
【理解】也就是说，某个能级上有几个电子云，电子就有几种空间运动状态，该能级就有几个原子轨道。
电子云个数=电子空间运动状态的种数=有电子占据的轨道数
（1）定义
能层 能级 原子轨道数 原子轨道名称 原子轨道的形状和取向 K 1s 1 1s 球形 ——
L 2s 1 2s 球形 ——
2p 3 2px、2py、2pz 哑铃形 互相垂直
M 3s 1 3s 球形 ——
3p 3 3px、3py、3pz 哑铃形 互相垂直
3d 5 …… …… ……
N 4s 1 4s 球形 ——
4p 3 4px、4py、4pz 哑铃形 互相垂直
4d 5 …… …… …...
4f 7 …… …… ……
表1-2 不同能层的能级、原子轨道数量
（2）简并轨道
同一能级中的多条原子轨道，其能量是相同的，称为简并轨道。
如3p能级的三条轨道3px、3py、3pz的能量相同，它们就属于简并轨道。
各轨道之间的位置关系
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d ......
各能级轨道数 1 1 3 1 3 5 ......
各能层轨道数 1 4 9 ......
最多容纳电子数 2 8 18 ......
提出问题：为什么每个轨道最多能容纳两个电子呢？同一轨道中的两个电子的状态是否完全相同呢？
资料卡片-电子自旋
钠原子光谱实验
斯特恩-盖拉赫实验
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
只有1个最外层电子的碱金属原子光谱会在光谱里呈现双线
只有1个最外层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
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：①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。
②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
③一个原子中不可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
2 6 10 14
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 原子核外电子的排布
3.电子排布的轨道表示式
常用轨道表示式研究原子的核外电子在原子轨道中的排布。
1、用方框(或圆圈)表示原子轨道，能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框相连。
2、各轨道按照离核由近到远，从左到右依次排列，且在方框的下方用能级符号表示轨道所属能级。
3、用箭头表示处于特定自旋方向的电子。
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
Al
↑
常用轨道表示式研究原子的核外电子在原子轨道中的排布。
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
Al
↑
电子对
单电子(或未成对电子)
箭头同向的单电子称自旋平行。
↑
↑
2p
同一个原子轨道:
只有一个电子
2
1
B
1s
↑
↑↓
↑↓
2s
2p
电子对
自旋方向相反的一对电子
单电子
B 原子中: 有 对电子对，有 个单电子。
有 种空间运动状态，有 种运动状态不同的电子。
3
5
轨道数
电子数
1、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，称为洪特规则。
2p3的电子排布为 ：
（1）洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子，
（2）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。
2p
↑
↑
↑
2p
↑
↓
↑
2p
↑
↑↓
不能为 ：
洪特
↑↓
1s 2s 2p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
Na+
1s22s22p6
Na+
4. 洪特规则
怎么填
2p4的电子排布为
不能为
↑↓ ↑ ↓
↑↓ ↑↓
2p
使用范围
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 1s22s22p63s23p63d104s1
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】
(1)含义：在构建基态原子时，电子将尽可能地先占据能量低的原子轨道，使整个原子的能量最低。（构造原理）
(2)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。
(3)注意：书写轨道表示式时，常出现的错误及正确书写。
5.能量最低原理
铁原子的电子排布图
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
↑
↑
洪特规则
泡利原理
能量最低原理
1s
2s
2p
3p
3d
3s
4s
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
[Ne]3s23p4
S：3s23p4
基态原子核外电子排布的表示方法
——七图式
↓
↓
↑
↑
↑
↑
S：
3p
3s
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.[Ar]3d64s2是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.[Ne]3s23p2
C. D.
C
5.(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。
As
8
18
33
镍
四
Ⅷ
铬(或Cr)　
3
18
3

展开更多......

收起↑