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电子云 原子轨道
第一章 原子结构与性质
1. 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。
2. 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。
3. 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。
回忆原子结构理论的发展
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线性轨道模型。
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，可以算出它们的概率密度分布。
回忆原子结构理论的发展
一、电子在核外的空间分布
1.概率密度 ρ
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
氢原子1s电子的概率密度分布图
一、电子在核外的空间分布
2.电子云
最高分辨率显微镜可见单个氢原子
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。
一、电子在核外的空间分布
2.电子云
氢原子1s电子的概率密度分布图
电子出现的概率密度大
电子出现的概率密度小
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。
注意：
(1)小点表示电子在原子核外出现的概率密度。
(2)小点越密，表明概率密度越大。
(3)电子云图很难绘制,使用不方便,故常使用电子云轮廓图。
一、电子在核外的空间分布
3.电子云轮廓图
1s电子的电子云轮廓图绘制过程
将电子在原子核外空间出现的概率P＝90% 的空间圈出来，绘制电子云的轮廓图，便可描绘电子云的形状。
【思考】对比1s、2s、3s、4s的电子云轮廓图有何异同？你能解释这样的规律吗？
1s
2s
3s
4s
同一原子的s电子的电子云轮廓图
规律:①不同能层s电子的电子云轮廓图形状一致，均为球形（无方向性）
②能层越高，s电子的电子云轮廓图半径越大
原因: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
【思考】电子云轮廓图都是球形吗？p电子云有什么特点？
p能级的电子云轮廓图
——哑铃形
除s电子云外，其他电子云都不是球形的。
注意：
①p电子云轮廓图是哑铃形的，每个p能级有3个相互垂直的电子云，分别以px、py、pz表示，右下角标x、y、z分别是P电子云在直角坐标系的取向。
②在同一能层中px、py、pz的能量相同。
③ p电子云轮廓图的平均半径随n增大而增大。
二、原子核外电子的空间运动状态
1.原子轨道
(1)定义：量子力学把电子在原子核外的一种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和取向，即电子云轮廓图可以看作为原子轨道。
(2)形状
①s能级的原子轨道只有1个，呈球形，在空间只有一个伸展方向。
②除s电子云外，其他电子云轮廓图都不是球形的。例如 p电子云轮廓图呈哑铃状，在空间有三个伸展方向。
微观粒子可视化1： 1s~2p原子轨道
微观粒子可视化1：1s~2p原子轨道叠加
【思考】根据所学知识填写下表，并预测d、f能级中的原子轨道数量。
能级 s p d f
最多可容纳电子数 2 6 10 14
原子轨道数
每个轨道容纳电子数
1
2
3
2
5
7
2
2
d 轨道
f 轨道
请根据下表整理不同能层、能级和原子轨道之间的关系
能层 能级 原子 轨道数 原子轨道符号 原子轨道的形状和取向 形状 取向
K 1s
L 2s
2p
M 3s
3p
3d
N 4s
4p
4d
4f
1
1
3
1
3
5
1s
2s
2px、2py、2pz
3s
3px、3py、3pz
4s
4px、4py、4pz
······
······
······
······
······
球形
哑铃形
相互垂直
球形
球形
哑铃形
······
球形
哑铃形
相互垂直
相互垂直
······
······
······
1357
电子层n 能级数 能级类型 原子轨道数
1 1 1s 1（1s）
2 2 2s、2p 4（2s、2Px、2Py、2Pz）
3 3 3s、3p、3d 9 (3s、3Px、3Py、3Pz、3d(5个))
4 4 4s、4p、4d、4f 16
n n n2
电子层、能级、轨道数关系
原子轨道中的能量关系
①相同能层上原子轨道能量高低：
E ( ns )< E ( np )< E ( nd )< E ( nf )...
②不同能层，同一类能级能量高低：
E (1s)< E (2s)< E (3s)< E (4s)…
③同一能层同一能级原子轨道的能量相同，如2px、2py、2pz;轨道的能量相同
(1)在原子中第n能层,电子占有的轨道数最多为n2。 (　　)
(2)同一原子中的npx与npy轨道形状相同,半径相同且在空间相互垂直。(　　)
(3)电子云图中小黑点密度的大小可表示电子的多少。(　　)
(4)p轨道呈哑铃形,因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形。(　　)
1、判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
√
√
×
×
2、如图是s能级和p能级的原子轨道图,下列说法正确的是(　　)
A.s能级和p能级的原子轨道形状相同
B.每个p能级都有6个原子轨道
C.s能级的原子轨道半径与能层序数有关
D.钠原子的电子在11个原子轨道上高速运动
C　　

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