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量子力学对原子核外电子
运动状态的描述
第二课时
1.理解描述原子核外电子运动状态的四个量子数的含义。
2.学会用四个量子数描述原子核外电子的运动状态。
3.了解原子轨道和电子云的含义。
玻尔引入一个量子数n，解释了氢原子光谱是线状光谱的事实；但复杂的光谱解释不了。
①钠原子光谱在n=3到n=4之间会产生多条谱线。
②氢原子光谱在n=1到n=2之间谱线实际上是两条靠得非常近的谱线。钠原子的黄色谱线也是靠得很近的两条谱线。
③在磁场中所有原子光谱可能会分裂成多条谱线。
[联想·质疑]
原子中电子的运动状态应用四个量子数来描述。
量子力学理论
——20 世纪 20 年代中期建立
②能级 描述原子轨道的形状
③原子轨道 决定原子轨道的空间取向
④电子自旋
①电子层（能层）n 描述原子轨道离核的远近
1.原子轨道
①电子层（能层）n 描述原子轨道离核的远近
意义：①决定电子能量大小的主要因素
②一般而言，n越大，电子离核越远，能量越高。
②能级 描述原子轨道的形状
电子层相同的电子，所具有的能量也可能不相同。即对同一个电子层，还可分为若干个能级。
如果把能层比作楼层，那么能级就是楼层中的阶级。
意义：①确定原子轨道形状
s:球形 p:哑铃形（纺锤形） ……
②和n共同决定电子的能量大小
同一个电子层中能量：E(ns)能层序数n 能层符号 能级符号 能级数
1 K
2 L
3 M
4 N
规律：第n电子层有n个能级
1
2
3
4
例1：下列各电子层不包含d能级的是
A.O层 B.N层 C.M层 D.K层
√
例2：下列能级符号不正确的是
A.6s B.2d C.3p D.4f
√
1s
2s 2p
3s 3p 3d
4s 4p 4d 4f
量子理论对钠原子光谱的解释
由于钠原子的第3电子层可以分为3个不同的能级；第4电子层可以分为4个不同的能级。
所以，当钠原子受激变成激发态后，处于n=4的电子层的电子跃迁到n=3的电子层的不同能级时形成的光谱含有多条谱线。
③原子轨道 决定原子轨道的空间取向
s能级有1个轨道: ns
p能级有3个轨道：npx npy npz
d能级有5个轨道
f能级有7个轨道
意义:①决定原子轨道在空间的伸展方向
②和能级一起共同决定轨道的数目
n 符号 能级种类 原子轨道 原子轨道数
1 K
2 L
3 M
规律：第n电子层有多少个能级？
第n电子层有多少个原子轨道？
1s
2s
2px 2py 2pz
3s
3px 3py 3pz
3dxy 3dxz 3dyz 3dx2-y2 3dz2
1
1
3
1
3
5
1
4
9
n2
n
s
s
p
s
p
d
不同：电子层序数越大，原子轨道的半径越大。
相同：s轨道在三维空间分布的图形为都是 形，即s轨道具有球对称性。
球
思考：1s、2s、3s原子轨道的形状 相同？不同？
④电子自旋
处于同一原子轨道上的电子自旋状态只有两种。
分别用符号↑、↓表示。
注意：自旋并不是”自转”,实际意义，期待着你的大学深入学习.
泡利不相容原理：
一个轨道最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。
规律：第n电子层最多能容纳多少个电子？
2n2
氢原子的电子由n=2 的状态跃迁到 n=1 的状态时得到两条靠得很近的谱线，钠的原子光谱中存在靠得很近的两条黄色谱线，都与电子的自旋有关。
原子中电子的运动状态由四个因素来决定。
量子力学中单个电子的空间运动状态称为原子轨道。
②能级 描述原子轨道的形状
③原子轨道 决定原子轨道的空间取向
④电子自旋
①电子层（能层）n 描述原子轨道离核的远近
例：Na原子核外有 个电子，有 种运动状态。
例：电子层数n＝5时，该层电子的空间运动状态有____种，原子轨道总数 个。该层能量最低的轨道符号是______。
11
11
25
25
5s
在无外磁场时，处于同一能级的电子的能量相同。
①4s___3s___2s___1s；
②4f___4d___4p___4s；
③1s___2p___3d___4f；
④2px___2py___2pz；
⑤2py___3py___4py。
⑥3px ___2s
例3：比较下列原子轨道的能量高低。(填“＜”“＝”或“＞”)
一般而言，n越大，电子离核越远，能量越高。
同一电子层，能量：E(ns)＞　 ＞　 ＞
＞　 ＞　 ＞
＜　 ＜　 ＜
＝　 ＝
＜　 ＜
＞
(1)原子核外电子的运动特点
与对宏观物体运动的描述不同，对于质量非常小、运行速度极快且运动空间极小的微观粒子(如电子，其质量仅为9.1×10－31 kg)而言，人们不可能同时准确地测定它的 和 ，但能通过对波函数进行数学处理计算出电子在某个地方出现的 。
位置
速度
概率
2.电子在核外的空间分布
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。
小黑点的疏密表示电子在核外某处单位体积内出现的概率的大小。
（2）电子云
电子云是电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。
每个小黑点并不表示一个电子本身,而是表示电子在此空间出现的机会（或概率）。
原子轨道的形状就是电子云轮廓图的形状（电子出现概率约为90%的电子云空间）
电子处在1s轨道的电子云图
电子处在2p轨道的电子云图
量子力学中轨道（orbital）的含义已与玻尔轨道（orbit）的含义完全不同，它既不是圆周轨道，也不是其他经典意义上的固定轨迹。
(1)不同电子层的s能级中电子的能量完全相同(　　)
(2)第三电子层有s、p共两个能级(　　)
(3)当电子层数为n＝2时，有2s、2px、2py、2pz四个原子轨道(　　)
(4)各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7(　　)
(5)各电子层的能级都是从s能级开始至f能级结束(　　)
(6)处于s能级的电子能量一定比处于p能级的电子能量低(　　)
×
×
√
√
×
×
(1)1s、2px、2py、2pz轨道都具有球对称性(　　)
(2)s电子绕核旋转，其轨道为一圆圈，而p电子绕核做“∞”形运动(　　)
(3)电子云图中每个小点表示一个电子(　　)
(4)钠原子的1s、2s、3s电子云半径相同(　　)
(5)电子云是用小点的疏密程度来表示电子在核外空间某处单位体积内出现概率大小的图形(　　)
×
×
×
×
√
【例2】基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4
原子中，
①核外存在________种运动状态不同的电子；
②核外共有________种能量不同的电子；
③电子占据最高能级是_____，其电子云轮廓图为____________形；
④核外电子占据的最高电子层符号为________。
3p
哑铃(纺锤)
16
5
M
d能级的原子轨道图(了解)
f能级的原子轨道图(了解)

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