1、第四课时电子云与原子轨道 核外电子核外电子质量小质量小( (只有只有9.119.111010-31 -31 kg)kg)，运动空间小运动空间小（相对于宏观物体（相对于宏观物体而言），而言），运动速率大运动速率大( (近光速近光速) )；无确定的轨道无确定的轨道，无法描述其运动轨迹；，无法描述其运动轨迹；无法计算电子在某一刻所在的位置无法计算电子在某一刻所在的位置，只能指出其在核外空间某处出现的，只能指出其在核外空间某处出现的机会的多少机会的多少( (概率概率) )。1913年，波尔提出氢原子模型，电子在线性轨道上绕核运行 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
2、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分布。 P表示电子在某处出现的概率 V表示该处的体积 概率密度：=VPVP1电子云 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电子云电子在原子核外出现的概率密度分布图 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。小黑点越密,表示概率密度越大。由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾,因而被形象地称为电子云。s电子云为球形,p电子云是哑铃状。1s1s电子在原子核外出现的概率密度分布图电子在原子核外出现的概率密度分布
3、图 由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称为电子云对电子云图的说明(1)电子云图表示电子在核外空间某处出现的概率,不代表电子的运动轨迹。(2)电子云图中的小黑点是电子在原子核外出现的概率密度的形象描述,小黑点越密,表明电子在核外出现的概率密度越大。(3)电子云图很难绘制,使用不方便,故常使用电子云轮廓图。3电子云轮廓图： 常把电子在原子核外空间出现的概率P=90%的空间圈起来,即为电子云轮廓图。如1s电子云轮廓图的绘制过程: 所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是球形，只是球的半径不同。同一原子的能层越高，s电子云的半径越大，如下图所示。 图：同一原子的s电子的电子云
4、轮廓图这是由于1s、2s、3s电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。 图：px、py、pz的电子云轮廓图p电子云轮廓图的平均半径随能层序数的增大而增大。2p3p原子轨道（电子云的轮廓）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。 1定义：2能级与原子轨道数目的关系能级符号nsnpndnf轨道数目s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道,它们互相垂直,分别以px、py、pz表示。在同一能层中px、py、pz的能量相同。同一能级中的轨道能量相等，称为简并轨道 原子轨道数与能层序数(n)的关系:原子轨道数目=n2。3原子轨道与能
5、层序数的关系不同能层的同种能级的原子轨道形状相同,只是半径不同。同一原子的能层越高,s电子云半径越大,是由于电子的能量依次增高,电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大,电子云越来越向更大的空间扩展。如图所示。+现代原子结构模型原子轨道能级spdf原子轨道数13571s2s3s4s5s2p3p4p5p3d4d5d4f5f5g4s能级和p能级的原子轨道的对比 能级sp轨道图形轨道形状球形哑铃形轨道数目13(空间相互垂直)最多容纳电子数26相同点均以原子核为对称中心原子轨道的平均半径分别随能层数增大而增大,且同种能级符号的原子轨道形状相似5不同能层中的原子轨道 能层能级原子轨道数原子轨道名称电子云轮
6、廓图形状取向K1s11s球形L2s12s球形2p32px、2py、2pz哑铃形相互垂直M3s13s球形3p33px、3py、3pz哑铃形相互垂直3d5能层能级原子轨道数原子轨道名称电子云轮廓图形状取向N4s14s球形4p34px、4py、4pz哑铃形相互垂直4d54f7思考与讨论(1)电子云图中的小黑点的含义是什么?小黑点的密度表示什么?提示:小黑点是电子在原子核外出现的概率密度的形象表述。小黑点密度越大,表明电子在核外出现概率密度越大。(2)电子在原子核外出现的概率有什么规律?提示:离核越近,电子出现的概率越大,电子云越密集。(3)不同能层的同种能级符号的原子轨道形状是否完全相同?提示:不同
7、能层的同种能级符号的原子轨道形状相似,但不完全相同。只是原子轨道的半径不同,能级序数n越大,电子的能量越大,原子轨道的半径越大。例如1s、2s、3s轨道均为球形,原子轨道半径:r(1s)r(2s)r(3s)。例1 下列关于电子云的叙述中不正确的是()A.电子云是用小黑点的疏密程度来表示电子在核外空间出现概率大小的图形B.电子云实际上是电子运动形成的类似云一样的图形C.电子云图说明离核越近,电子出现概率越大;离核越远,电子出现概率越小D.能级类别不同,电子云的形态也不一样B解析 例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
8、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解析 易错警示 电子云图与电子云轮廓图不是同一个概念,电子云轮廓图实际上是电子云图的大部分区域;电子云轮廓图就是我们通常所说的原子轨道图。原子轨道原子轨道轨道形状轨道形状 ns能级电子的原子轨道呈能级电子的原子轨道呈球形对称球形对称 np能级电子的原子轨道呈能级电子的原子轨道呈纺锤形或纺锤形或 哑铃形哑铃形各能级上的原各能级上的原子轨道数目子轨道数目n s能级上能级上1个轨道个轨道n p能级上能级上3个轨道个轨道n d能级上能级上5个轨道个轨道n f能级上能级上7个轨道个轨道.能量关系能量关系(1) 同一
9、能层上各原子轨道能量的高低：同一能层上各原子轨道能量的高低：nsnpndnf(2)形状相同的原子轨道能量的高低：形状相同的原子轨道能量的高低：1s2s3s4s5s(3)同一能层内形状相同而伸展方向不同的原子轨同一能层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道的能量相等，如道的能量相等，如npx、npy和和npz轨道的能量相等。轨道的能量相等。原子轨道的特点原子轨道的特点: :（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
10、动轨迹呈哑铃形。()1判断正误判断正误(正确的打正确的打“”“”，错误的打，错误的打“”)2.如图是2pz原子轨道电子云形状的示意图,请观察图示并判断下列说法中不正确的是()A.2pz轨道上的电子在空间出现的概率分布是z轴对称B.s电子的电子云形状是球形对称的C.电子先沿z轴正半轴运动,然后再沿负半轴运动D.2pz原子轨道形状为哑铃形解析:电子云是表示电子在一定区域内出现概率大小的图形,它并不是电子运动的实际轨迹,故C错;s轨道是球形对称的,s电子的电子云是球形对称的,故B对;观察该图可知A对;该p轨道为哑铃形,D正确。C3.观察氢原子1s电子的电子云示意图,判断下列说法正确的是()A.一个小
11、点表示1个自由运动的电子B.1s原子轨道的电子云形状为圆形C.电子在1s原子轨道上运动就像地球围绕太阳旋转D.1s原子轨道电子云小点的疏密表示电子在某一位置出现概率的大小D解析:图中的小点不表示电子,只表示电子在此位置出现概率的大小。4.图1和图2分别是1s电子的概率密度分布图和原子轨道图。下列有关认识正确的是()A.图1中的每个小黑点表示1个电子B.图2表示1s电子只能在球体内出现C.图2表明1s轨道呈圆形,有无数对称轴D.图1中小黑点的疏密表示某一时刻电子在核外出现概率的大小D解析:图2只是表示电子在该区域出现的概率较大,在此之外也能出现,不过概率很小,B错误;1s轨道在空间呈球形而不是圆
12、形,C错误。5.下列说法正确的是()A.因为p轨道是“8”字形,所以p电子是“8”字形B.能层数为3时,有3s、3p、3d 9个轨道C.氢原子中只有1个电子,故氢原子核外只有1个轨道D.电子云图即是电子云轮廓图,都是用来形象描述电子运动状态的B 解析 6.下面是s能级、p能级的原子轨道图,据图回答下列问题:(1)s能级的原子轨道呈形,每个s能级有个原子轨道;p能级中的原子轨道分别相对于x、y、z轴,每个p能级有个原子轨道。 (2)s能级原子轨道、p能级原子轨道的半径与什么因素有关?是什么关系?球对称13原子轨道的半径与能层数有关,并随能层数增大而增大解析:s能级中的原子轨道在三维空间分布的图形为球形,p能级中的原子轨道在空间分布的图形分别相对于x、y、z轴对称;原子轨道的半径与能层数有关,并随能层数增大而增大。
