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第一章 原子结构与性质
第一节原子结构
你了解光谱吗？
基态原子和激发态原子
处于最低能量状态的原子叫做基态原子。基态原子吸收能量，它的电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子。这个过程中产生吸收光谱
处于激发态的电子是不稳定的，在极短的时间内(约10－8s)便跃迁到基态或较低能级上，在跃迁过程中将产生发射光谱。
焰色实验产生不同火焰颜色的原因是什么？
事例应用
某些金属原子的电子在高温火焰中，接受能量，使原子外层的电子从基态跃迁到激发态；处于激发态的电子是不稳定的，在极短的时间内(约10－8s)便跃迁到基态或较低能级上，在跃迁过程中将产生发射光谱。
我们看到的灯光、霓虹灯光、激光、焰火都与原子核外电子的跃迁释放能量有关
充有氖气的霓虹灯能发出红光,产生这一现象的原因是通电后在电场作用下,放电管里氖原子中的电子吸收能量后跃迁到能量较高的能级,处在能量较高的能级上的电子会很快地以光的形式释放能量而跃迁回能量较低的能级上,该光的波长恰好处于可见光区域中的红色波段。
不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素
光谱和光谱分析
(1)电子的跃迁是物理变化，而有电子的得失时发生的是化学变化。
(2)激发态原子不稳定，易释放能量变为基态原子。
(3)电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态时，以光的形式释放能量。
注意事项
回顾：波尔的“壳层”模型
电子层（能层）：核外电子按能量不同分成能层
K
L
M
N
O
P
Q
近
远
低
高
2
8
18
32
结合原子光谱推出：M层电子跃迁到L层时，只产生一条光谱
事实：钠原子光谱n=4跃迁到n=2，会产生多条光谱
波尔修正了“壳层”模型
1、能层（电子层）
2、能级：根据多电子原子的同一能层电子的能量不同，将它们分为不同能级。
符号：
任一能层的能级总是从s能级开始，依次称p、d、f……能级。能级数等于能层序数，第一能层有　　　　个能级，即　　　　；第二能层有________个能级，即　　　　；第三能层有　　　　个能级，即　　　 　　。
(1)能级用相应能层的序数和字母s、p、d、f等组合在一起来表示，
如n能层的能级按能量由低到高的顺序排列为ns、np、nd、nf等。
(2)E（ns）　　E（np）　　E（nd）_____E（nf）……
(3)E（1s）　　E（2s）　　E（3s）
小结归纳
第五能层最多可容纳多少个电子？它们分别容纳在几个能级中？各能级最多容纳多少个电子？（注：高于f的能级不用符号表示）
推 导
第五能层最多可容纳50个电子。它们分别容纳在5个能级中。5s能级最多容纳2个电子，5p能级最多容纳6个电子，5d能级最多容纳10个电子，5f能级最多容纳14个电子，还有1个能级最多容纳18个电子。
1、判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）2d表示L层上的d能级 （　　）
（2）同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小 （　　）
（3）各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束 （　　）
（4）电子总是先排满L层再排M层，再排N层（　　）
课堂练习
2、下列能级的能量正确的是 (　　)
A .4f>4s>4d B.4s>3s>2s C.3s>3p>3d D.5s>4s>4f
3、下列关于同一原子中的基态和激发态说法正确的是 （　　）
A. 基态时的能量比激发态时高
B. 激发态时比较稳定
C. 由基态转化为激发态的过程中吸收能量
D. 电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱
原子的电子排布式
电子排布式
（1）含义：将能级上所容纳的电子数标在该能级符号右上角，并按照能层从底到高的顺序排列的式子。
表示方法：如O
（2）书写：
①简单原子的电子排布式：
例如：C原子的电子排布式为　 　 　；
Cl原子的电子排布式为　　　　 　　。
电子依次填充到能量逐渐升高的能级中
②复杂原子
①能级交错：源于光谱学事实，如第四周期的过渡元素中的电子是按
3p→4s→3d的顺序而不是按3p→3d→4s的顺序排布，这种现象被称为能级交错。
1s22s22p63s23p5
1s22s22p4
重点理解：1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p；
方法指引：ns<（n-2）f<（n-1）d构造原理
能层
能级
课堂练习
1、写出第三周期元素原子核外电子排布式
2、写出第四周期元素原子核外电子排布式
①先按构造原理从低到高排列，然后将同能层的能级移到一起。
如：22Ti：先排列为1s22s22p63s23p64s23d2，然后再将同一能层的能级排
列到一起，即原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2。
提 示
②不符合构造原理的情况：当p、d、f能级处于全空、全充满或半充
满状态时，能量相对较低，原子结构较稳定
请修正原子核外电子排布式
能力再推进
4.价层电子排布式
为突出化合价与电子排布的关系，将在化学反应中可能发生电子得失的能级称为　　价电子层（简称价层）。
(1)主族元素和零族元素：价电子为最外层电子。Cl的价层电子排布式为　　　　　
(2)副族元素：价电子与最外层电子和次外层或倒数第三层的部分电子有关。
Cr原子的价层电子排布式为
[Ar] 3d54s2
3s23p5
3.简化电子排布式
为了避免电子排布式过于繁琐，可以把内层电子达到稀有气体电子层结构的部分，以相应稀有气体元素符号外加方括号来表示。例如：Mn原子的简化电子排布式为　　 　　。
3d54s1
课堂练习
写出Sc-Kr元素的原子核外简化电子排布式和价层电子排布式
5.简单离子的电子排布式
先写原子的电子排布式，然后再考虑得失电子的情况。例如，O2-的电子排布式为　　　 　；Fe2+的电子排布式为　　　 。
思 考
从结构角度解释Fe3+比Fe2+稳定的原因
（先失去最外层电子）
能层能级
构造原理
原子光谱
化学学科是如何指导我们研究这个世界的？
客观
实际
总结
规律
推测
未知
发现
新实际
修正
规律
波尔的线性轨道模型被推翻→建立量子力学
1925年
1913年
1936年
1926年
波尔壳层模型
泡利不相容
完整的构造原理
洪特规则
量子力学
波尔的线性轨道模型被推翻→建立量子力学
氘原子及1s电子云轮廓图的绘制过程：
量子力学：简并轨道（原子轨道），电子云 ，概率密度
事实：当有外磁场时，同一能级原子光谱中的一条分裂成多条
（1）概率密度：量子力学指出，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，可用概率密度（ρ）表示，即ρ=P/V（P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积）。
（2）电子云：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密度分布的形象化描述。下图小点是1s电子在原子核外出现的概率密度分布图。
①小点不表示电子，而表示电子出现的概率。
②小点越密，表示概率密度越大。
③一般说来，离原子核越近的空间，电子出现的概率
越大，小点就密集。
电子云
（2）p电子云：p电子云轮廓图呈　　　　　，有　　　　　种空间延伸方向。
p能级有　　个电子云，它们互相　　　　，分别用　　　　、　　　　、_____________表示，同一能层中px、py、pz的能量　　　　　　。

电子云轮廓图
一个球形
哑铃状
3
3
垂直
相同
把电子在原子核外空间出现概率P=90％的空间圈出来，即电子云轮廓图。
（1）s电子云：s电子的电子云轮廓图都是　 　　
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。
各能级所含原子轨道数目：
能级符号 ns np nd nf
轨道数目 1 3 5 7
各能层所含原子轨道数目和最多容纳的电子数目：
能层数 K L M N
能级数 1 2 3 4
轨道数(空间运动状态）
最多容纳的电子数
思 考
不同能级s电子的电子云形状是否一致？能层越高s电子的电子云半径是否不变？
均为球形。能层越高，s电子的电子云半径越大。电子云更弥散

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