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第一节
原 子 结 构
电子云与原子轨道
1913年，玻尔提出氢原子模型，电子在 上绕核运行。
线性轨道
1922年诺贝尔物理学奖获得者
氢原子模型
然而，1926年，玻尔建立的线性轨道模型被量子力学推翻。
薛定谔方程
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。
埃尔温·薛定谔
(Erwin Schr?dinger)
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。
(核外电子运动空间的不确定性与概率)
四、电子云与原子轨道
1.电子云
——核外电子的概率密度分布（看起来像一片云雾）
一定空间运动状态的电子在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同
概率密度 ＝ ?概率体积
?
ρ＝
P
V
P表示电子在某处出现的概率
V表示该处的体积
小点是1s电子在原子核外出现的概率密度的形象描述
氢原子1s电子的概率密度分布图
小点越密，表明概率密度越大。
电子云图难绘制
电子云轮廓图
将出现概率P= 90%的空间圈出来
2.电子云轮廓图
1s
2s
3s
4s
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。
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。
(即电子云的轮廓)
→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
形状一：s电子的原子轨道
x
y
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
1s
2s
3s
4s
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。
在空间有1个伸展方向，故s轨道只有1个轨道。
形状二：:p电子的原子轨道
p电子的原子轨道呈哑铃形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。
在空间有3个伸展方向，它们互相垂直，故p轨道有3个轨道px、py、pz。
4.各能级所含有原子轨道数目
能级符号
ns
np
nd
nf
最多容纳电子数
2
6
10
14
轨道数目
单轨道容纳电子数
1
3
5
7
2
2
2
2
5.各能层所含有原子轨道数目
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}能层
K
L
M
N
O
P
Q
轨道数
1
4
9
16
25
36
49
各能层所含有原子轨道数目 = n2
6.能层、能级和原子轨道之间的关系
{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
K
1s
1
1s
球形
——
L
2s
1
2s
球形
——
2p
3
2p
哑铃形
相互垂直
M
3s
1
3s
球形
——
3p
3
3p
哑铃形
相互垂直
3d
5
3d
——
——
1.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
2.基态Si原子中，电子占据的最高能层符号为____________，该能层具有的原子轨道数为_______、电子数为_______。
M????
9????
4????
3、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
五.泡利原理、洪特规则、能量最低原理
(一).泡利原理
斯特恩-盖拉赫实验
在斯特恩-盖拉赫实验中发现了银原子束经过不均匀磁场，产生了偏转，并最终在屏幕垂直方向上，形成了两个上下对称的非连续分布。至此，所有的粒子从理论上就都有了——自旋。
1.电子自旋与泡利原理
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( “↑”“↓” )表示自旋相反的电子。
1925 年，泡利正式提出，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，这个原理被称为泡利原理。
即在任何一个原子中找不到两个完全相同的电子。
2.电子排布的轨道表示式(电子排布图)
用方框表示原子轨道，在方框的下方用能级符号表示轨道所属能级。
8O的轨道表示式如下：
O
1s
2s
2p
方框/圆圈：表示原子轨道
方框的下方写：能级符号
箭头自旋状态的电子
简并轨道（能量相同的轨道）：方框相连
练习：请写出Li、Be、Na的轨道表示式
Li
1s
↑↓
↑
2s
Be
1s
↑↓
↑↓
2s
↑↓
1s 2s 2p 3s
↑↓
↑
↑↓
↑↓
↑↓
1s22s22p63s1
Na
3.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。
请写出C的轨道表示式
↑↓
↑↓
↑
↑
1s 2s 2p
↑↓
↑↓
↓
↓
1s 2s 2p
请写出以下元素原子的轨道表示式。
N
O
F
1s
↑
↑↓
↑↓
↑
↑
2s
2p
1s
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
2s
2p
1s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
2s
2p
洪特规则特例*
能量相同的简并轨道在全满、半满和全空条件时，体系能量较低，原子较稳定。
3d 4s
↑↓
Cr
↑
↑
↑
↑
↑
Cr
↑
↑
↑
↑
↑
只有一组全满的简并轨道
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
4.能量最低原理
在构建基态原子时，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，这就是能量最低原理。
（1）运用能量最低原理，说明构造原理的填充顺序是1s、2s、2p、3s、3p
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。
相邻能级能量相差很大时，电子填入能量低的能级即可使整个原子能量最低，1s、2s、2p、3s、3p依次填入电子即遵循该规律。
（2）运用能量最低原理，说明构造原理的填充顺序是3p、4s、3d、4p……
相邻能级能量相差不太大时，有1~2个电子占据能量稍高的能级可能反而降低了电子排斥而使整个原子能量最低。
若3p填满6个电子后，再进入的电子填入3d能级，此时第三能层电子数超过8个，电子彼此间的排斥加剧，致使整个原子能量升高。为了降低整体能量，会优先在4s上排布。4s排满后，不会进入4p而进入3d，因为4p轨道的能量比3d高，相差较大。
写出19K、21Sc基态原子的电子轨道表示式，
并写出其相应K+、Sc2+的电子轨道表示式。
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p 4s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
K
↑
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
K+
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑↓
Sc
1s 2s 2p 3s 3p 3d
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
Sc2+
写出26Fe基态原子的电子轨道表示式，
并写出其相应Fe2+、Fe3+的电子轨道表示式。
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
Fe
↑↓
↑
↑
↑
↑
1s 2s 2p 3s 3p 3d
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
Fe2+
↑↓
↑
↑
↑
↑
1s 2s 2p 3s 3p 3d
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
Fe3+
↑
↑
↑
↑
↑
写出29Cu基态原子的价电子轨道表示式，
并写出其相应Cu+、Cu2+的价电子轨道表示式。
Cu
Cu+
Cu2+

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