1、四、电子云与原子轨道（一）电子云1 1、概率密度：、概率密度： 用用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表示该处表示该处的体积，则的体积，则VP称为概率密度，用称为概率密度，用表示。表示。 2 2、电子云：、电子云： 由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。换句话说，电子云是处因而被形象地称作电子云。换句话说，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。密度分布的形象化描述。注：(1)电子云图表示电子在核外空间出现概率的相对大小
2、。电子云图中小点越密，表示电子出现的概率越大。(2)电子云图中的小点并不代表电子，小点的数目也不代表电子实际出现的次数 (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：（1）绘制电子云轮廓图的目的：表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述。例如，绘制电子云轮廓图时，把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来（2）s电子、p电子的电子云轮廓图 s电子的电子云轮廓图：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。（球形伸展方向相同） 图：同一原子的s电子的电子云
3、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。 p电子的电子云轮廓图：p电子云轮廓图是哑铃状的。每个p能级都有3个相互垂直的电子云，分别称为px、py,和pz，右下标x、y、z分别是p电子云在直角坐标系里的取向，如图所示。 （三个相互垂直的伸展方向）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。随堂练习：例例1 1、下列说法中正确的是（、下列说法中正确的是（ ）A.A.电子云通常是用小黑点来表示电子的多少电子云通常是用小黑点来表示电子的多少B.B.能量高的电子在离核近的区域运动，能量低
4、的电子在离核远的区域运动能量高的电子在离核近的区域运动，能量低的电子在离核远的区域运动C.C.处于最低能量状态的原子叫基态原子处于最低能量状态的原子叫基态原子D.D.电子仅由激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱电子仅由激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱C 例例2.2.下列关于电子云的叙述中不正确的是（下列关于电子云的叙述中不正确的是（ ） A.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.B.电子云实际上是电子运动形成的类似云一样的图形电子云实际上是电子运动形成的类似云一样的图形 C.C.电子云图说明离核
5、越近，电子出现概率越大；离核越远，电子出现概率越小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.D.能级类别不同，电子云的形态也不一样能级类别不同，电子云的形态也不一样B 例例3、下列关于、下列关于1s电子在原子核外出现的概率分布图，也称电子云示意图电子在原子核外出现的概率分布图，也称电子云示意图(如如图所示图所示)的有关说法中，正确的是（的有关说法中，正确的是（ ）A.通常用小点来表示电子的多少，小点越密，电子数目越多通常用小点来表示电子的多少，小点越密，电子数目越多B.小点越密，单位体积内电子出现的机会越大小点越密，单位体积内电子出现的机会越大C.氢原子核外电子绕核
6、做高速圆周运动氢原子核外电子绕核做高速圆周运动D.氢原子的电子云就是氢原子的核外电子分布图氢原子的电子云就是氢原子的核外电子分布图B （二）原子轨道1、定义：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。各能级的一个伸展方向的电子云轮廓图即表示一个原子轨道 2、不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图说明：(1)同一能层中，不同能级原子轨道的能量及空间伸展方向不同；但同一能级的几个原子轨道的能量相同(2)人们把同一能级的几个能量相同的原子轨道称为简并轨道。3、各能级所含原子轨道的数目能级符号nsnpndnf轨道数目1357随堂练习：例例1.如图是如图是s能级和能级和p能级的原子轨道
7、图，下列说法正确的是（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 例例2、下列轨道上的电子在、下列轨道上的电子在xy平面上出现的机会为零的是平面上出现的机会为零的是( ) A. 3pz B.3px C.3py D. 3sD 例3.符号3px所代表的含义是（ ）A.px轨道上有3个电子 B.第三能层px轨道有3个伸展方向C.px电子云有3个伸展方向 D.第三能层沿x轴方向伸展的p轨道A 例4.下列说法中正确的是（ ）A.s电子云是在空间各个方向上伸展程
8、度相同的对称形状B.p电子云的形状是对顶双球C.L能层有d轨道D.2d能级包含5个原子轨道，最多容纳10个电子A 例5.下列说法正确的是（ ）A.不同的原子轨道形状一定不相同B.p轨道呈哑铃形，因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形C.2p能级有3个p轨道D.氢原子的电子运动轨迹呈球形C 五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理（一）电子自旋与泡利原理1、电子自旋：（1）定义： 电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。 电子自旋可以比喻成地球的自转。 （2）两种取向及表示方法： 电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向。 常用方向相反的箭头“”和“”表示自旋状态相反的电子。注：自旋是微观粒子普遍存在
9、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 2、泡利原理在一个原子轨道里，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（也称为泡利不相容原理）。 （二）电子排布的轨道表示式1、轨道表示式的含义 轨道表示式(又称电子排布图)是表述电子排布的一种图式 举例：如氢和氧的基态原子的轨道表示式： 2、书写要求：(1)在轨道表示式中，用方框(也可用圆圈)表示原子轨道，1个方框代表1个原子轨道，通常在方框的下方或上方标记能级符号。
10、(2)不同能层及能级的原子轨道的方框必须分开表示，能量相同（同一能层相同能级）的原子轨道(简并轨道)的方框相连。 (3)箭头表示一种自旋状态的电子，“”称电子对，“”或 “”称单电子(或称未成对电子);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)轨道表示式的排列顺序与电子排布式顺序一致，即按能层顺序排列。有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。(5)轨道表示式中能级符号右上方不能标记电子数 3、书写方法：以Si原子为例，说明轨道表示式中各部分的含义：练习：书写下列原子的电子排布图Na:Ar:N:（三）洪特规则 1、内容：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分
11、占，且自旋平行，称为洪特规则。注： (1)洪特规则只针对电子填入简并轨道而言，并不适用于电子填入能量不同的轨道。(2)当电子填入简并轨道时，先以自旋平行依次分占不同轨道，剩余的电子再以自旋相反依次填入各轨道。 举例：N:2、特例：简并轨道上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有较低的能量和较高的稳定性。举例：如基态24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,为半充满状态，易错写为1s22s22p63s23p63d44s2 ；基态29Cu的电子排布式为Ar3d104s1，易错写为Ar3d94s2。思考与讨论：(1)下列轨道表示式中哪个是硼的基态原子?为什么?(2)下
12、列轨道表示式中哪个是氧的基态原子?为什么?(1)A 根据泡利原理，在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，且它们的自旋相反。(2)A根据洪特规则，基态原子中，填简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行（四）能量最低原理1、内容：在构建基态原子时，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，这就是能量最低原理。2、说明：（1）基态原子的能量最低，故基态原子的电子排布是能量最低的原子轨道组合 （2）整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定，相邻能级能量相差很大时，电子填入能量低的能级即可使整个原子能量最低(如所有主族元素的基态原子);而当相邻能级能量相差不太大时，
13、有12个电子占据能量稍高的能级可能反而降低了电子排斥能而使整个原子能量最低(如所有副族元素的基态原子)。 （3）基态原子的核外电子排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理 思考与讨论：(1)为什么基态氦原子的电子排布是1s2而不是1s12s1? (2)为什么基态氮原子的轨道表示式是 ,而不是答：(1)氦原子核外有2个电子，根据能量最低原理和泡利原理，基态氦原子的2个电子以自旋相反的形式填充在能量最低的1s轨道中。且1s和2s能量相差较大，所以基态氦原子不会出现2个电子单独分占1s、2s轨道的情况。？答：(2)氮原子核外有7个电子，根据能量最低原理和泡利原理，基态氮原子先有2个电子以自旋相反的形
14、式填充在1s轨道中，又有2个电以自旋相反的形式填充在2s轨道中；根据洪特规则，余下的3个电子将以自旋平行的方式分别填充在3个取向不同但能量相同的2p轨道中。(3)为什么基态K和Ca的价电子是4s1和4s2,而不是3d1和3d2?(3)根据构造原理书写电子排布式，基态钾原子为1s22s22p63s23p64s1,基态钙原子为 1s22s22p63s23p64s2,且钾和钙的光谱也证实了它们的最外层电子为4s1和4s2,而不是3d1和3d2,说明钾和钙这样的电子排布符合能量最低原理例1.下列有关核外电子排布的式子不正确的是（ ）A.24Cr的电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1B
15、.K的简化电子排布式：Ar4s1C.N原子的电子排布图：D.S原子的电子排布图：随堂练习：D例2、24Cr原子处于基态时，价电子排布可用轨道表示式表示成，而不是下列说法中正确的是（ ） A.这两种排布方式都符合能量最低原理B.这两种排布方式都符合泡利原理C.这两种排布方式都符合洪特规则D.这个实例说明洪特规则有时候和能量最低原理是矛盾的B例3、下列说法错误的是（ ）A.ns电子的能量可能低于(n-1)p电子的能量B.6C的电子排布式为1s22s22px2,违反了洪特规则C.电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理D.电子排布式(22Ti) 1s22s22p63s23p10违反了泡利原理A
