1、第五课时第五课时泡利原理、洪特规则、能量最低原理泡利原理、洪特规则、能量最低原理1.电子自旋电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。注：自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。 能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定电子的运动状态，电子能量与能层、能级有关，电子运动的空间范围与原子轨道有关一个原子中不可能存在运动状态完全相同的2个电子 能级spdf原子轨道数1357最多容纳电子数在一个原子轨道里,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（也称泡利不相容原理）如2s2的电子排布图为 ,不能表示为 。 填多少填多少 2.泡利原理能层（n）12345
2、符号KLMNO能级sspspdspdfspdfg轨道113135135713579轨道容纳电子数226261026101426101418最多容纳电子数28183250原子核外电子的排布 (1)轨道表示式又称电子排布图,是表述电子排布的一种图式,如氢原子、氧原子的基态原子的轨道表示式分别为: 其中方框(也可用圆圈)表示原子轨道,能量相同的原子轨道(简并轨道)的方的方框框相连.能反映各轨道的能量的高低及各轨道上的电子分布情况，自旋方向。将每一个原子轨道用一个方框表示,在方框内标明基态原子核外电子分布的式子称为电子排布图。3.电子排布的轨道表示式-电子排布的另一种方式(2)箭头表示一种自旋状态的电
3、子,“”称电子对,“”或“”称单电子(或称未成对电子)。如基态氧原子有2个未成对电子。 (3)箭头同向的单电子称自旋平行,如基态氧原子有2个自旋平行的2p电子。 (4)通常应在方框下方或上方标记能级符号。有时画出的能级上下错落,以表达能量高低不同。 电子对：电子对：同一个原子轨道中，自旋方向相反的一对电子同一个原子轨道中，自旋方向相反的一对电子单电子：单电子：一个原子轨道中只有一个电子，即未成对电子一个原子轨道中只有一个电子，即未成对电子铝原子外层成对电子对的数目为6,有一个单电子。LiBeBC1s2s1s2s2p1s2s2p1s2sNO1s2s2p1s2s2pFNe1s2s2p1s2s2p基
4、态原子中,填入简并轨道(能量相同的原子轨道)的电子总是先单独分占,且自旋平行,称为洪特规则。它不仅适用于基态原子,也适用于基态离子。4.洪特规则 当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同。C ：1s2 2s22p2洪特规则是针对电子填入简并轨道而言的, 并不适用于电子填入能量不同的轨道。如2p3的电子排布图为 ,不能表示为 。 怎么填怎么填 有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有1 1个电子的偏差。个电子的偏差。因为能量相同的原子轨道在因为能量相同的原子轨道在全充满全充满、半充满半充满、 全空全空状态时，体系
5、的能量状态时，体系的能量较低，原子较稳定。较低，原子较稳定。相对稳定的状态相对稳定的状态全充满：全充满：p p6 6、d d1010、f f1414半充满半充满: :p p3 3、d d5 5、f f7 7全空全空: :p p0 0、d d0 0、f f0 0洪特规则特例洪特规则特例洪特规则特例：全空、半充满、全充满时相对稳定当原子轨道为全空、半充满或全充满时，这些状态下总的电子云的分布是空间对称的，原子体系的能量低，原子的电子排布最稳定。 对基态原子的电子进行排布时，首先确定核外电子数目，再由构造原理从1s能级开始排布，每个轨道只能排布2个自旋方向相反的电子，当最后排布的能级中出现能量相同的
6、轨道时，最后几个电子的排布要符合洪特规则，遇到24号、29号等特殊情况的元素，要考虑半充满、全充满等因素，使整个原子体系的能量最低。练习：练习：写出写出 24Cr 29Cu 电子排布式电子排布式29Cu 1s22s22p63s23p63d104s124Cr 1s22s22p63s23p63d54s1洪特规则特例： 当轨道被电子半充满或全充满或全空时最稳定，即p3、d5、f7半充满和p6、d10、f14全充满稳定。5.能量最低原理 电子将尽可能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。多电子原子在基态时优最核电荷数、电子数电子状态自然界的普适规律自然界的普适规律能级的能量
7、高低顺序如构造原理所示(对于136号元素来说，应重点掌握和记忆“1s2s2p3s3p4s3d4p”这一顺序)。铁原子的电子排布图铁原子的电子排布图洪特规则洪特规则泡利原理泡利原理能量最低原理能量最低原理1s2s2p3p3d3s4s例1 写出5、6、7、8、9号元素的核外电子排布式。并记住各主族元素最外层电子排布式的特点(成对电子对的数目、未成对电子数和它占据的轨道)。答案 例2 下列叙述正确的是()A.Ar3d64s2是基态铁原子的电子排布B.铬原子的电子排布式:1s22s22p63s23p64s13d5C.铜原子的外围电子排布式是3d94s2D.氮原子的电子排布图是A解析 (1)核外电子排布
8、所遵循的规律能量最低原理: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。泡利原理:在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子且自旋相反。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。(2)构造原理中的“能级交错”现象。从构造原理示意图可以看出,从第三能层就会出现能级交错现象,这是因为3d能级的能量高于4s能级。按能量最低原理,电子在进入核外电子层时,不是排完3p就排3d,而是先排4s,排完4s才排3d。由于能级交错,在次外层未达最大容量之前,已出现了最外层,而且最外层未达最大容量时,又进行次外层电子的填充,所以原子最外层和次外层电子数常常达不到最大容量。(3)洪特
9、规则特例。有少数元素基态原子的电子排布对于排布原则有1个电子的偏差。因为能量相同的原子轨道在全充满(如p6和d10)、半充满(p3和d5)和全空(p0和d0)状态时,体系能量较低,原子较稳定。如:Cr1s22s22p63s23p63d44s2(错误);实际为1s22s22p63s23p63d54s1Cu1s22s22p63s23p63d94s2(错误);实际为1s22s22p63s23p63d104s1原子的电子式、原子结构示意图、核外电子排布式、电子排布图（轨道表示式）电子排布图轨道表示式电子排布式原子结构示意图电子式1s2s2p1s22s22p2 +6 2 4C以C为例:简化电子排布式He
10、2s22p2能直观地反映核内的质子数和核外的电子能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各能层上的电子数。层数及各能层上的电子数。能直观地反映核外电子的能层、能级和能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数。各能级上的电子数。能反映各轨道的能量能反映各轨道的能量的高低及各轨道上的的高低及各轨道上的电子分布情况，自旋电子分布情况，自旋方向。方向。结构(离子)示意图意义将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子实例电子排布式意义用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数实例K:1s22s22p63s23p64s1简化电子排布式意义为了避免电子排布式书写过于繁琐,把内层电子达到稀有气体
11、结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示实例K:Ar4s1价电子排布式意义主族元素的价层电子指最外层电子,价层电子排布式即外围电子排布式,副族元素还包括次外层的d电子及次次外层的f电子实例Al3s23p1;Cu3d104s1轨道表示式意义每个方框代表一个原子轨道,每个箭头代表一个电子实例Al 表示方法表示方法原子结构示意图原子结构示意图电子式电子式电子排布式电子排布式简化电子排布式简化电子排布式价电子排布式价电子排布式电子排布图电子排布图价电子排布图价电子排布图 以硫以硫(S)为举例为举例S：1s22s22p63s23p4Ne3s23p4S：3s23p4基态原子核外电子排布的表示方法基
12、态原子核外电子排布的表示方法S：七图式七图式u 原子核外电子排布遵循的原理和规则u 原子核外电子排布的表示式能量最低原则泡利不相容原理洪特规则电子排布式、价电子排布式电子排布图原子结构示意图全满、半满、全空相对稳定课堂小结 136号元素核外电子排布的特殊性(1)最外层只有1个未成对电子的元素：A族(ns1：H、Li、Na、K)，A族(ns2np1：B、Al、Ga)，A族(ns2np5：F、Cl、Br)及Cr(3d54s1)、Cu(3d104s1)；最外层有2个未成对电子的元素：A族(ns2np2：C、Si、Ge)，A族(ns2np4：O、S、Se)；最外层有3个未成对电子的元素：A族(ns2n
13、p3：N、P、As)。(2)核外电子排布中，未成对电子数最多的元素：Cr(3d54s1，共有6个未成对电子)。 2.下列离子中d轨道达半充满状态的是()A.Cr3+B.Cu+C.Co3+D.Fe3+D解析 3.氧离子中电子的运动状态有()A.3种B.8种C.10种D.12种C4.下列有关碳原子的电子排布图中,能量最低的是()A.B.C.D.D解析 5.下列有关原子核外电子的能量与运动状态的说法正确的是()A.在同一原子中,2p、3p、4p能级的电子轨道数依次增多B.在同一能级上运动的电子,其能量一定相同C.在同一能级上运动的电子,其运动状态有可能相同D.在同一原子中,1s、2s、3s、4s能级
14、的原子轨道的平均半径相同B 解析 6.下列关于硅原子的核外电子排布表示方法中,错误的是()A.1s22s22p63s23p2 B.Ne3s23p2C. D.C解析 7.下列原子的价电子轨道表示式正确的是() B 8.(1)写出砷的元素符号,原子中所有电子占据个能级,共占有个轨道,核外共有个不同运动状态的电子。 (2)写出元素Ni的名称,该元素在周期表的位置为第周期,第族。 (3)第四周期基态原子中未成对电子数最多的元素是,该元素基态原子的价电子轨道表示式为。 (4)第三电子层上有个能级,作为内层最多可容纳个电子,作为最外层时,最多可含有个未成对电子。 As81833镍四铬(或Cr)3183解析
15、:(1)砷的元素符号为As,是第33号元素,核外有33个不同运动状态的电子,其核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s24p3,电子占据8个能级,共占有18个原子轨道。(2)镍的元素符号为Ni,在周期表中的第四周期第族。(3)第四周期元素中,外围电子排布为ndxnsy,且能级处于半满稳定状态时含有的未成对电子数最多,即外围电子排布为3d54s1的元素铬含有的未成对电子数最多,其基态原子的价电子轨道表示式为 。(4)第三电子层有3s、3p、3d三个不同的能级,由于每个电子层最多容纳2n2个电子,故当第三电子层作为内层时,最多可容纳18个电子,作为最外层时,当3p能级中填充3个电子
16、时未成对电子最多,即最多有3个未成对电子。9.(1)以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布的情况。试判断,哪些违反了泡利原理?,哪些违反了洪特规则?。 解析 (2)某元素的激发态(不稳定状态)原子的电子排布式为1s22s22p63s13p33d2,则该元素基态原子的电子排布式为;其最高价氧化物对应水化物的化学式是。 (3)将下列多电子原子的原子轨道按轨道能量由低到高顺序排列。2s3d4s3s4p3p轨道能量由低到高排列顺序是 (填序号)。 1s22s22p63s23p4解析 H2SO411.(1)元素Mn与O中,基态原子核外未成对电子数较多的是。 (2)基态Ge原子有个未成对电子。
17、 (3)镍元素基态原子的3d能级上的未成对电子数为。 (4)基态Fe原子有个未成对电子。 (5)基态K原子中,核外电子占据最高能层的符号是,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为 。 (6)Cu的价层电子排布图为。 Mn224N球形规律总结 136号元素中原子核外电子排布的特殊性。(1)最外层只有一个未成对电子的元素:第A族(ns1:H、Li、Na、K),第A族(ns2np1:B、Al、Ga),第A族(ns2np5:F、Cl、Br),Cr(3d54s1)和Cu(3d104s1)。(2)最外层有2个未成对电子的元素:第A族(ns2np2:C、Si、Ge),第A族(ns2np4:O、S、Se)。(3)最外层有3个未成对电子的元素:第A族(ns2np3:N、P、As)。(4)3d能级半充满的元素:Cr3d54s1;Mn3d54s2。
