1、第一节第一节 原子结构原子结构第第3 3课时课时 电子云与原子轨道电子云与原子轨道 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1.1.知道原子核外电子的能级高低顺序，了解原子核外电子排布的构造原知道原子核外电子的能级高低顺序，了解原子核外电子排布的构造原理。理。2.2.认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则等。规则等。3.3.知道知道1 13636号元素基态原子核外电子的排布。号元素基态原子核外电子的排布。4.4.知道电子的运动状态知道电子的运动状态( (空间分布及能量空间分布及能量)
2、)可通过原子轨道和电子云模型可通过原子轨道和电子云模型来描述。来描述。1.1.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。于宏观物体的运动状态。( (宏观辨识与微观探析宏观辨识与微观探析) )2.2.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。和证据之间的逻辑关系。( (证据推理与模型认知证据推理与模型认知) )一定空间运动状态的电一定空间运动状态的电子并不在玻尔假设的线子并不在玻尔假设的线性轨道上运行，而在
3、核性轨道上运行，而在核外空间各处都有可能出外空间各处都有可能出现，但出现的概率不同现，但出现的概率不同【思考与讨论】【思考与讨论】1913年，玻尔提出氢原子模型，年，玻尔提出氢原子模型，电子在线性轨道上绕核运行，电子在线性轨道上绕核运行，然而到了然而到了1926年，玻尔建立的年，玻尔建立的线性轨道模型被量子力学推翻。线性轨道模型被量子力学推翻。原子核外电子的运动状态是怎么样的呢？原子核外电子的运动状态是怎么样的呢？一、电子云与原子轨道一、电子云与原子轨道1.概率密度概率密度 1913年，波尔提出氢原子模型，电子在线性轨道上绕核运行年，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，
4、一定空间运动状态的电子并不在玻尔假定的线量子力学指出，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，而在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同，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，可以算出它们的概率密度分布。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表示电子在某处出现的概率 V表示该处的体积表示该处的体积 概率密度：概率密度：=VPVP 氢原子的氢原子的1s电子在原子核外出现的概率分布图电子在原子核外出现的概率分布图 小点是小点是1s电子在原子电子在原子核外出现外出现的概核外出现外出现的概率密度的形象描述率密度的形象描述 小点越密，表明概率小点越
5、密，表明概率密度越大密度越大 由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云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雾，因而被形象地称为电子云2.电子云电子云 电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子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。核外空间的概率分布的形象化描述。 电子云图很难绘制，使用不便，我们常使用电子云轮廓图电子云图很难绘制，使用不便，我们常使用电子云轮廓图 电子云轮廓图的绘制过程电子云轮廓图的绘制过程 绘制电子云轮廓图的目的是表示的形状绘制电子云轮廓图的目的是表示的形状, ,对核外电子的对核外电子的 有一个形象化的简便描述。绘
6、制有一个形象化的简便描述。绘制电子云轮廓图时电子云轮廓图时, ,把电子在原子核外空间出现概率把电子在原子核外空间出现概率P=P=的的空间圈出来。空间圈出来。电子云轮廓电子云轮廓空间运动状态空间运动状态90%90%3.3.电子云轮廓图电子云轮廓图(1)(1)所有原子的任一能层所有原子的任一能层 的的s s电子的电子云轮廓图都电子的电子云轮廓图都是一个球形是一个球形 只是球的半径不同只是球的半径不同同一原子的能层越高，同一原子的能层越高，s s电子云半径越大电子云半径越大提示：由于电子能量依次增高，电子在离核更远的区提示：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
7、的空间扩展域出现的概率增大，电子云越来越向更大的空间扩展(2)p电子云的形状是哑铃状的，有电子云的形状是哑铃状的，有3个互向垂直电子个互向垂直电子云分别称为云分别称为Px、Py、Pz右下角右下角x、y、z分别是分别是p电子云在直角坐标系里的取向电子云在直角坐标系里的取向 4.原子轨道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。为一个原子轨道。ns能级各有能级各有 个轨道，个轨道，np能级各有能级各有 个轨道，个轨道，nd能级各有能级各有 个轨道，个轨道，nf能级各有能级各有 个轨道。个轨道。1573能层数能层数K KL LM
8、MN NO OP PQ Qn n能级数能级数1234567轨道数轨道数14916253649n nn2n21.1.电子自旋电子自旋电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。提示：自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的提示：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。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子轨道有关一个原子中不可能存在运动状态完全相同的一个原子中不可能存
9、在运动状态完全相同的2 2个电子个电子 能级能级s sp pd df f原子轨道数原子轨道数1 13 35 57 7最多容纳电子数最多容纳电子数2 26 610101414在一个原子轨道里在一个原子轨道里, ,最多只能容纳最多只能容纳2 2个电子个电子, ,且它们的自旋相反。且它们的自旋相反。这个原理被称为泡利原理（也称泡利不相容原理）。如这个原理被称为泡利原理（也称泡利不相容原理）。如2s22s2的电的电子排布图为子排布图为 , ,不能表示为不能表示为 。 填多少填多少 2.2.泡利原理泡利原理能层（能层（n n）1 12 23 34 45 5符号符号K KL LM MN NO O能级能级s
10、 ss sp ps sp pd ds sp pd df fs sp pd df fg g轨道轨道1 11 13 31 13 35 51 13 35 57 71 13 35 57 79 9轨道容纳轨道容纳电子数电子数2 22 26 62 26 610102 26 6101014142 26 6101014141818最多容纳最多容纳电子数电子数2 28 8181832325050原子核外电子的排布原子核外电子的排布 (1) (1)轨道表示式又称电子排布图轨道表示式又称电子排布图, ,是表述电子排布的一种图式是表述电子排布的一种图式, ,如氢原如氢原子、氧原子的基态原子的轨道表示式分别为子、氧原子
11、的基态原子的轨道表示式分别为: : 其中方框其中方框( (也可用圆圈也可用圆圈) )表示原子轨道表示原子轨道, ,能量相同的原子轨道能量相同的原子轨道( (简并轨道简并轨道) )的方框相连的方框相连. .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。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。的式子称为电子排布图。3.3.电子排布的轨道表示式电子排布的轨道表示式-电子排布的另一种方式电子排布的另一种方式(2)(2)
12、箭头表示一种自旋状态的电子箭头表示一种自旋状态的电子,“”,“”称电子对称电子对,“”,“”或或“”“”称单电称单电子子( (或称未成对电子或称未成对电子) )。如基态氧原子有。如基态氧原子有2 2个未成对电子。个未成对电子。(3)(3)箭头同向的单电子称自旋平行箭头同向的单电子称自旋平行, ,如基态氧原子有如基态氧原子有2 2个自旋平行的个自旋平行的2p2p电子。电子。(4)(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, ,以表达以表达能量高低不同。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
13、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铝原子外层成对电子对的数目为6,6,有一个单电子。有一个单电子。LiLiBeBeB BC C1s1s2s2s1s1s2s2s2p2p1s1s2s2s2p2p1s1s2s2sN NO O 1s1s2s2s 2p2p1s1s2s2s 2p2pF FNeNe 1s1s2s2s2p2p1s1s2s2s2p2p 基态原子中基态原子中, ,填入简并轨道填入简并轨道( (能量相同的原子轨道能量相同的原子轨道) )的电子总是先单独分占的电子总是
14、先单独分占, ,且自旋且自旋平行（自旋方向相同）平行（自旋方向相同）, ,称为洪特规则。它不仅适用于基态原子称为洪特规则。它不仅适用于基态原子, ,也适用于基态离也适用于基态离子。子。4.4.洪特规则洪特规则 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，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。而且自旋状态相同。C C ：1s2 2s22p21s2 2s22p2洪特规则是针对电子填入简并轨道而言的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。并不适用于电子填入能量不同的轨道。如如2p32p3的电子排布图为的电子
15、排布图为 , ,不能表示为不能表示为 。 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全充满、半充满、因为能量相同的原子轨道在全充满、半充满、 全空状态时，体系的能量全空状态时，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：p6p6、d10d10、f14f14半充满半充满:p3:p3、d5d5、f7f7全空全空:p0:p0、d0d0、f0f0洪特规则特例洪特规则特例洪特规则特例：全空、半充满、全充满时相对稳定洪特规则特例：全空、半充满、
16、全充满时相对稳定写出写出 24Cr 29Cu 24Cr 29Cu 电子排布式电子排布式29Cu 1s22s22p63s23p63d104s129Cu 1s22s22p63s23p63d104s124Cr 1s22s22p63s23p63d54s124Cr 1s22s22p63s23p63d54s1洪特规则特例：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，即当轨道被电子半充满或全充满或全空时最稳定，即p3p3、d5d5、f7f7半充满和半充满和p6p6、d10d10、f14f14全充满稳定。全充满稳定。【学以致用】【学以致用】 5.5.能量最低原理能量最低原理 在构建基态原子时，电
17、子将尽可能占据能量最低的原子轨在构建基态原子时，电子将尽可能占据能量最低的原子轨道道, ,使整个原子的能量最低使整个原子的能量最低, ,这就是能量最低原理。这就是能量最低原理。自然界的普适规律自然界的普适规律能级的能量高低顺序如构造原理所示能级的能量高低顺序如构造原理所示( (对于对于1 13636号元素来说，应重点号元素来说，应重点掌握和记忆掌握和记忆“1s2s2p3s3p4s3d4p”“1s2s2p3s3p4s3d4p”这一顺序这一顺序) )。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 写出写出5 5、6 6、
18、7 7、8 8、9 9号元素的核外电子排布式。并记住各主族元素最外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成对电子对的数目、未成对电子数和它占据的轨道) )。 答案答案 B:1s22s22p1B:1s22s22p1成对电子对的数目成对电子对的数目:2:2未成对电子数未成对电子数:1:1未成对电子占据的轨未成对电子占据的轨道道:2p:2pC:1s22s22p2C:1s22s22p2成对电子对的数目成对电子对的数目:2:2未成对电子数未成对电子数:2:2未成对电子占据的轨未成对电子占据的轨道道:2p:2pN:
19、1s22s22p3N:1s22s22p3成对电子对的数目成对电子对的数目:2:2未成对电子数未成对电子数:3:3未成对电子占据的轨未成对电子占据的轨道道:2p:2pO:1s22s22p4O:1s22s22p4成对电子对的数目成对电子对的数目:3:3未成对电子数未成对电子数:2:2未成对电子占据的轨未成对电子占据的轨道道:2p:2pF:1s22s22p5F:1s22s22p5成对电子对的数目成对电子对的数目:4:4未成对电子数未成对电子数:1:1未成对电子占据的轨未成对电子占据的轨道道:2p:2p【学以致用】【学以致用】 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
20、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)(S)为举例为举例S S：1s22s22p63s23p41s22s22p63s23p4Ne3s23p4Ne3s23p4S S：3s23p43s23p4基态原子核外电子排布的表示方法基态原子核外电子排布的表示方法S S：七图式七图式原子核原子核外电子外电子排布遵排布遵循的原循的原理和规理和规则则原子核原子核外电子外电子排布的排布的表示式表示式能量最低原理能量最低原理泡利原理泡利原理洪特规则洪特规则电子排布式、价电子排布式、价电子排布式电子排布式电子排布图电子排布图原子结构示意图原子结
21、构示意图全满、半满、全满、半满、全空相对稳定全空相对稳定遵循遵循的原的原理和理和规则规则【课堂小结】【课堂小结】1.1.下列叙述正确的是下列叙述正确的是( () )A.Ar3d64s2A.Ar3d64s2是基态铁原子的电子排布是基态铁原子的电子排布B.B.铬原子的电子排布式铬原子的电子排布式:1s22s22p63s23p64s13d5:1s22s22p63s23p64s13d5C.C.铜原子的外围电子排布式是铜原子的外围电子排布式是3d94s23d94s2D.D.氮原子的电子排布图是氮原子的电子排布图是A【随堂训练】【随堂训练】2.2.下列有关碳原子的电子排布图中下列有关碳原子的电子排布图中,
22、 ,能量最低的是能量最低的是( () )A.A.B.B.C.C.D.D.D3.3.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.A.在同一原子中在同一原子中,2p,2p、3p3p、4p4p能级的电子轨道数依次增多能级的电子轨道数依次增多B.B.在同一能级上运动的电子在同一能级上运动的电子, ,其能量一定相同其能量一定相同C.C.在同一能级上运动的电子在同一能级上运动的电子, ,其运动状态有可能相同其运动状态有可能相同D.D.在同一原子中在同一原子中,1s,1s、2s2s、3s3s、4s4s能级的原子轨道的平均半径相同能级的原
23、子轨道的平均半径相同B 4.4.下列关于硅原子的核外电子排布表示方法中下列关于硅原子的核外电子排布表示方法中, ,错误的是错误的是( () )A.1s22s22p63s23p2 A.1s22s22p63s23p2 B.Ne3s23p2B.Ne3s23p2C. C. D.D.C5.(1)写出砷的元素符号写出砷的元素符号,原子中所有电子占据个能级原子中所有电子占据个能级,共占有个轨道共占有个轨道,核外共有个不同运动状态的电子。核外共有个不同运动状态的电子。 (2)写出元素写出元素Ni的名称的名称,该元素在周期表的位置为第周期该元素在周期表的位置为第周期,第族。第族。 (3)第四周期基态原子中未成对电子数最多的元素是第四周期基态原子中未成对电子数最多的元素是,该元素基态该元素基态原子的价电子轨道表示式为。原子的价电子轨道表示式为。 (4)第三电子层上有个能级第三电子层上有个能级,作为内层最多可容纳个电子作为内层最多可容纳个电子,作为最外层时作为最外层时,最多可含有个未成对电子。最多可含有个未成对电子。 As81833镍镍四四铬铬(或或Cr)3183
