1、第一章原子结构与性质第一节原子结构原子是怎样诞生的呢？宇宙大爆炸一、开天辟地原子的诞生 1.原子的诞生 140亿年后的今天： 氢原子占88.6% 氦原子为氢原子数1/8 其他原子总数不到1%99.7%氢氦等轻核元素是自然界中天然元素之母宇宙大爆炸2h后诞生大量的氢大量的氦极少量的锂原子核的熔合反应合成其他元素2.地球中的元素 绝大多数为金属元素 包括稀有气体在内的非金属仅22种 地壳中含量在前五位：O、Si、Al、Fe、Ca 古希腊原子论 道尔顿原子模型(1803年) 汤姆生原子模型(1904年) 卢瑟福原子模型(1911年) 玻尔原子模型(1913年) 电子云模型(1926年)3.原子的认识
2、过程 古希腊原子论古希腊哲学家 原子是最小的、不可分割的物质粒子。原子之间存在着虚空，无数原子从古以来就存在于虚空之中，既不能创生，也不能毁灭，它们在无限的虚空中运动着构成万物。（ Democritus ，约公元前460年前370年） 原子 道尔顿原子模型(1803年) 原子在一切化学变化中不可再分，并保持自己的独特性质；同一元素所有原子的质量、性质都完全相同。不同元素的原子质量和性质各不相同；不同元素化合时，原子以简单整数比结合 。 （化学原子论） 汤姆生原子模型(1904年) 原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。（“葡萄干布丁”模型）（西
3、瓜模型） 卢瑟福原子模型(1911年) 原子中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就象行星环绕太阳运转一样。(“行星系式”原子模型)(核式模型) 玻尔原子模型(1913年) 电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动。(电子分层排布模型) 电子云模型(1926年)现代物质结构学说波粒二象性(量子力学模型)近代原子论发现电子带核原子结构模型轨道原子结构模型原子原子核核外电子质子中子（正电）不显电性 （负电）（正电）（不带电）分层排布与物质化学性质密切相关 构成原子的粒子有哪些？它们是怎样构成原子的？原子核外电子排布的规律(1)电子总是尽
4、量先排在能量 最低 的电子层里，即最先排布K层，当K层排满后，再排L层等。(2)原子核外各电子层最多能容纳的电子数为2n2。(3)最外电子层最多只能容纳8个电子(K层为最外层时最多只能容纳2个电子)。次外层不超过18个，倒数第三层不超过32个。二、能层与能级（1）能层 在多电子的原子核外电子的能量是不同的，按电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的能层。依据核外电子的能量不同：离核远近：近 远 能量高低：低 高核外电子分层排布1234567KLMNOPQ各能层所包含的能级类型及各能层、能级最多容纳的电子数能层(n)一二三四五 六 七符号KLMNO P Q能级(l)1s 2s 2p 3s 3p
5、3d 4s 4p 4d 4f最多容纳的电子数22626102610 142818322n2（2）能级 在多电子原子中，同一能层的电子，能量可以不同，还可以把它们分成能级。思考2.不同的能层分别有多少个能级，与能层的序数（n）间存在什么关系？能层最多可容纳的电子数为2n2个。1.原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数与能层的序数（n）间存在什么关系？第一能层只有1个能级(1s)，第二能层有2个能级(2s和2p)，第3能层有3个能级(3s、3p和3d)，依次类推。任一能层，能级数=能层序数3.不同能层中，符号相同的能级中所容纳的最多电子数是否相同？ s、p、d、f能级可容纳的最多电子数是多少？
6、不同能级中的s级，所容纳的电子数是相同的，但是能量是不同的。 以s、p、d、f排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7的二倍!规律1.在每一能层中，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf（n代表能层）2.任一能层的能级总的从s能级开始，且能级数等于该能层序数。4.以s、p、d、f排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7的二倍。3.各能级所在能层的取值nsn1；npn2；ndn3； nfn4； 思考 由钾的原子结构示意图，推测钾的核外电子在能级上的排布情况+192 8 8 1能层KLMN能级1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f容纳的电子数162262电子
7、填充的先后顺序（构造原理）1s2s2p3s3p4s3d4p5s 4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p1.构造原理 随着原子核电荷数递增，原子核外电子的排布遵循如图的一个排布顺序，这个排布顺序被称之为构造原理。三、构造原理与电子排布式 1s2s 2p3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p6s 4f 5d 6p7s 5f 6d 7p 能量相近的能级划为一组，称为能级组第一能级组第二能级组第三能级组第四能级组第五能级组第六能级组第七能级组通式：ns(n-2)f、(n-1)d、np电子填入轨道次序图构造顺序的记忆方法能级组按能量由低到高的顺序排列，正确的一组是（ ）A1s、2p、3d、4s
8、 B1s、2s、3s、2pC2s、2p、3s、3p D4p、3d、4s、3pC 构造原理中排布顺序的实质 能量最低原理 nsnpndnf 1s2s3s4s2p3p4p5p3d4d5d6d2)相同能层的不同能级的能量高低顺序 ：1)相同能级的不同能层的能量高低顺序 ：3)不同能层的不同能级的能量高低顺序 ：ns (n-2)f (n-1)d np (n为能层序数)氢 H钠 Na 铝 Al1s22s22p63s11s22s22p63s23p11s1用数字在能级符号右上角表明该能级上的排布的电子数。2.电子排布式 电子排布式 根据构造原理，写出下列元素基态原子的电子排布式：（1）Ne （2）S （3）
9、26Fe （4）30Zn （5）32Ge 1s22s22p61s22s22p63s23p41s22s22p63s23p63d104s21s22s22p63s23p63d104s24p21s22s22p63s23p63d64s2Zn：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 Ar简化 Zn：Ar 3d10 4s2 简化电子排布式 方括号里的符号的意义是：该元素前一个周期的惰性气体电子排布结构练习：写出第8号元素氧、第14号元素硅和第26号元素铁的简化电子排布式？He2s22p4Ne3s23p2Ar3d64s2O：Si：Fe：特殊规则 当s、p、d、f能级处于全空、全充满或半充满状
10、态时，能量相对较低，原子结构较稳定 24Cr：1s22s22p63s23p63d54s129Cu：1s22s22p63s23p63d104s1 从元素周期表中查出铜、银、金的外围电子层排布。它们是否是符合构造原理？相对稳定的状态全充满（p6，d10，f14）全空时（p0，d0，f0）半充满（p3，d5，f7）1. 下列有关认识正确的是（ ） A各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7B各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束C各能层含有的能级数为n-1 D各能层含有的电子数为2n2A2.电子排布式为1s22s22p63s23p6 某原子， 则该元素的核电荷数是 。184构造
11、原理揭示的电子排布能级顺序，实质是 各能级能量高低，若以E 表示某能级的能量，下列能量大小顺序中正确的是（ ）AE(3s)E(2s)E(1s) BE(3s)E(3p)E(3d) CE(4f)E(4s)E(3d) DE(5s)E(4s)E(4f) 3一个电子排布为1s22s22p63s23p1的元素最可能的价态是（ ） A +1 B +2 C +3 D -1 CA5.下列各原子或离子的电子排布式错误的是（ ） A.Al 1s22s22p63s23p1 B. O2- 1s22s22p6 C.Na+ 1s22s22p6 D. Si 1s22s22p26.下列表达方式错误的是（ ） A.甲烷的电子式
12、B.氟化钠的电子式 C.硫离子的核外电子排布式 1s22s22p63s23p4 D.碳12原子符号 126CDC练习：请写出第四周期2136号元素原子的基态电子排布式。钪Sc： 钛Ti： 钒V： 铬Cr： 锰Mn： 铁Fe： 钴Co： 镍Ni： 1s22s22p63s23p63d14s21s22s22p63s23p63d24s21s22s22p63s23p63d34s21s22s22p63s23p63d54s11s22s22p63s23p63d54s21s22s22p63s23p63d64s21s22s22p63s23p63d74s21s22s22p63s23p63d84s2练习：请写出第四周
13、期2136号元素原子的基态电子排布式。铜Cu：锌Zn： 镓Ga： 锗Ge： 砷As： 硒Se： 溴Br： 氪Kr： 1s22s22p63s23p63d104s11s22s22p63s23p63d104s21s22s22p63s23p63d104s24p11s22s22p63s23p63d104s24p21s22s22p63s23p63d104s24p31s22s22p63s23p63d104s24p41s22s22p63s23p63d104s24p51s22s22p63s23p63d104s24p6阅读见课本P7-81.什么是能量最低原理？2.什么是基态原子、激发态原子？它们如何转化？3.什么
14、是光谱？光谱分析？四、能量最低原理、基态与激发态、光谱1.能量最低原理 原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。2.基态原子与激发态原子 处于最低能量的原子叫做基态原子，当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。基态原子 (稳定)释放能量吸收能量激发态原子(不稳定)如：Na 1s22s22p63s1如：Na 1s22s22p63p1 一般遵循构造原理的原子均处于基态，而激发态原子则一般都不遵循构造原理。基态、激发态相互转化与能量的关系 光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一。都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关3.原子光谱不同的元素的
15、原子的核外电子发生跃迁时会吸收或者释放不同频率的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称为原子光谱。 基态与激发态的关系原子光谱基态原子激发态原子吸收能量释放能量发射光谱吸收光谱能量较高能量最低 焰色反应就是某些金属原子的电子在高温火焰中，接受了能量，使原子外层的电子从基态激跃迁到激发态；处于激发态的电子是十分不稳定的，在极短的时间内（约108s）便跃迁到基态或较低的能级上，并在跃迁过程中将能量以一定波长（颜色）的光释放出来。由于各种元素的能级是被限定的，因此在向基态跃迁时释放的能量也就不同。碱金属及碱土金属的能级差正好对应于可见光范围，于是我们就看到了各种色彩。 焰火呈现
16、五颜六色的原因用光谱仪测定氢气放电管发射的氢的发射光谱锂、氦、汞的发射光谱 锂、氦、汞的吸收光谱 特征: 暗背景 亮线 线状不连续特征: 亮背景 暗线 线状不连续 4.光谱分析在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。锂、氦、汞的吸收光谱锂、氦、汞的发射光谱同种原子的两种光谱是可以互补的化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在与含量等 光谱分析的应用通过原子光谱发现许多元素如：铯（1860年）和铷（1861年），其光谱中有特征的蓝光和红光。又如：1868年科学家们通过太阳光谱的分析发现了稀有气体氦。宏观物体的运动特征：可以准确地测出它们在某一时刻所处的位置及运行的速度；
17、可以描画它们的运动轨迹。五、电子云与原子轨道 无确定的轨道，无法描述其运动轨迹。 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机会的多少(概率)。测不准原理(海森堡) 核外电子质量小(只有9.1110-31 kg)，运动空间小（相对于宏观物体而言），运动速率大(近光速)。核外电子运动的特征1.电子云 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概率密度（单位体积内出现的概率 ）越大 小黑点不表示电子，而表示电子曾经出现过的位置核外电子运动状态的描述电子云只是形象地表示 电子出现在各点的概率高低，而实际上并不存在2.电子云轮廓图原子轨道 常把电子
18、出现的概率约为90%的空间圈出来，人们把这种电子云轮廓图称为原子轨道。 S能级的原子轨道图* S能级的原子轨道是球形对称的* 能层序数n越大，原子轨道半径越大xyzxyzxyz* P能级的原子轨道是哑铃形（或纺锤形）的，每个P能级有3个原子轨道，它们相互垂直，分别以Px，Py，Pz表示。 P电子原子轨道的平均半径随n增大而增大。在同一能层中 Px ，Py ， Pz的能量相同。P能级的原子轨道图d能级的原子轨道图花瓣形小结：原子轨道的特点1.s原子轨道是球形的，p原子轨道是纺锤形的2.能层序数n越大，原子轨道的半径越大3.不同能层的同种能级的原子轨道形状相似，只是半径不同，相同能层的同种能级的原
19、子轨道形状相似，半径相同，能量相同，方向不同4. s能级只有1个原子轨道；p能级有3个原子轨道，互相垂直，可分别以px、py、pz表示，能量相等。如2px 、 2py 、2pz轨道的能量相等。 各能级包含的原子轨道数：(1)ns能级各有1个原子轨道(2)np能级各有3个原子轨道(3)nd能级各有5个原子轨道(4)nf能级各有7个原子轨道第二周期元素基态原子的电子排布如下图所示（在图中每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子）：由图思考：1.每个原子轨道里最多只能容纳几个电子？方向如何？2.当电子排布在同一能级时，有什么规律？泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋
20、方向相反（用“”表示）洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同。六、泡利原理和洪特规则一个能级上的电子填充达到全充满，半充满或全空时是一种稳定状态，使得体系的能量较低洪特规则的第二条，也叫洪特规则特例：C ：1s2 2s22p2 洪特规则泡利原理能量最低原理1s2s2p3p3d3s4s用电子排布图表示出铁原子的核外电子排布结构示意图电子排布式电子排布图（轨道表示式）铁原子1s22s22p63s23p63d64s2结构示意图：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。电子排布式：能直观地反映核外电子的能层、能级和各能
21、级上的电子数。电子排布图：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。 原子结构示意图、电子排布式、轨道表示式价电子排布式只表示价层电子排布情况的式子，主族元素的价层电子为最外层电子，过渡元素含次外层部分能级。Al：3s23p11.下列有关原子轨道的叙述中不正确的（ ） A.氢原子的3s轨道能量较3p能级低 B.锂原子的2s与5s 轨道皆为球形分布 C.p能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层序数的增加，p能级原子轨道也在增多 D.能层n4的原子轨道最多可容纳16个电子CD2.基态碳原子的最外能层的各能级中，电子排布的方式正确的是（ ） A B C DC 3.当碳原子的核外电子排布由
22、转变为时，下列说法正确的是 （ ）A.碳原子由基态变为激发态 B.碳原子由激发态变为基态C.碳原子要从外界环境中吸收能量D.碳原子要向外界环境释放能量A C 1s2s2p3s3p3d4.某元素原子序数为24，试问：(1)该元素电子排布式：1s2 2s22p6 3s23p63d5 4s1(2)它有 个能层； 个能级；占有 个原子轨道(3)此元素有 个未成对电子；它的价电子数是 。647156核电荷数元素符号电子排布式周期表中位置Be1s22s22p63s23p129Ge5.填表：41s22s2第2周期第A族13第3周期第A族Al221s22s22p63s23p63d24s2TiCu第4周期第B族1s22s22p63s23p63d104s1第4周期第B族321s22s22p63s23p63d104s24p2第4周期第A族
