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1、原子核外电子的运动原子核外电子的运动专题专题2 2第一单元第一单元选修三选修三 物质结构与性质物质结构与性质1. 道尔顿原子模型 19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体，在化学反应中保持本性不变。一、原子结构的认识历史课堂求知互动课堂求知互动2. 汤姆生原子模型1897年，英国科学家汤姆生发现了电子。提出了“葡萄干面包式”模型。认为原子是可以再分的。3. 卢瑟福原子模型 1911年，英国物理学家卢瑟褔通过粒子散射实验提出带核的原子结构模型。认为原子是由带正电荷的原子核和带负电核外电子构成。卢瑟福认为原子卢瑟福认为原子质量主要集中在质量主要集中在原子核
2、上，电子原子核上，电子在原子核外空间在原子核外空间高速运动。高速运动。卢瑟福卢瑟福原子之父原子之父粒子散射实验粒子散射实验连续光谱（自然界）连续光谱（自然界）连续光谱连续光谱(实验室）实验室）电磁波连续光谱电磁波连续光谱经典电磁理论不能解释氢原子光谱：经典电磁理论不能解释氢原子光谱： 经典电磁理论：经典电磁理论： 电子绕核作高速圆周运动，电子绕核作高速圆周运动， 发出连续电磁波发出连续电磁波 连续光谱，连续光谱， 电子能量电子能量 坠入原子核坠入原子核原子湮灭原子湮灭事实：事实： 氢原子光谱是线状（而不是连续光谱）；氢原子光谱是线状（而不是连续光谱）； 原子没有湮灭。原子没有湮灭。氢原子光谱（
3、原子发射光谱）真空管中含少量真空管中含少量H2(g)，高压放电，高压放电，发出紫外光和可见光发出紫外光和可见光 三棱镜三棱镜 不连续的线状光谱不连续的线状光谱4.波尔原子模型 1913年，丹麦物理学家玻尔把普朗克的相关理论与卢瑟福的原子模型相结合，较好地解释了氢原子光谱，提出新的原子结构模型。原子能级原子能级波尔原子模型局限性局限性 1. 只限于解释氢原子或类氢离子（单电子只限于解释氢原子或类氢离子（单电子体系）的光谱，不能解释多电子原子的光谱。体系）的光谱，不能解释多电子原子的光谱。 2. 人为地允许某些物理量（电子运动的轨人为地允许某些物理量（电子运动的轨道角动量和电子能量）道角动量和电子
4、能量）“量子化量子化”，以修正，以修正经典力学（牛顿力学）。经典力学（牛顿力学）。5、电子云模型德谟克利特：朴素原子观德谟克利特：朴素原子观道尔顿：原子学说道尔顿：原子学说汤姆生：汤姆生：“葡萄干面包式葡萄干面包式” ” 模模型型卢瑟福卢瑟福：带核原子结构模型：带核原子结构模型玻尔玻尔：原子轨道模型：原子轨道模型现代量子力学模型现代量子力学模型运动物体运动物体汽车汽车炮弹炮弹人造卫星人造卫星宇宙飞船宇宙飞船电子电子速率（速率（Km/S)0.0327.81122001、运动特征：、运动特征：乒乓球直径乒乓球直径核外电子运动空间范围核外电子运动空间范围4 10-2 mn 10-10 m运动空间极小
5、运动空间极小无固定运动轨迹无固定运动轨迹速度极快速度极快宏观物体宏观物体微观粒子微观粒子质量质量很大很大很小很小速度速度较小较小很大（接近光很大（接近光速）速）位移位移可测可测位移、能量位移、能量不可同时测定不可同时测定能量能量可测可测轨迹轨迹可描述可描述（画图或函数描述）（画图或函数描述）不可确定不可确定宏观、微观运动的不同宏观、微观运动的不同二、原子核外电子的运动特征二、原子核外电子的运动特征1 1、核外电子以、核外电子以极高的速度极高的速度、在、在极小的空间极小的空间作应不停止作应不停止的运转。的运转。不遵循宏观物体的运动规律不遵循宏观物体的运动规律（不能测出在某一时刻的位（不能测出在某
6、一时刻的位置、速度，即不能描画出它的运动轨迹）。置、速度，即不能描画出它的运动轨迹）。2 2、可用统计（图示）的方法研究电子在核外、可用统计（图示）的方法研究电子在核外出现的概率。出现的概率。电子云电子云电子在核外空间一定范围内出现电子在核外空间一定范围内出现的机会的大小，好像带负电荷的云雾笼罩在的机会的大小，好像带负电荷的云雾笼罩在原子核周围，人们形象的称为电子云。原子核周围，人们形象的称为电子云。 电电子云子云注意：注意：A.A.小黑点的含义小黑点的含义B.B.小黑点疏密的含义小黑点疏密的含义C.HC.H原子电子云的形状原子电子云的形状电子云：描述核外电子运动特征的图象。电子云：描述核外电
7、子运动特征的图象。电子云中的小黑点：电子云中的小黑点： 并不是表示原子核外的一个电子并不是表示原子核外的一个电子, ,而是而是表示电子表示电子在此空间出现的机率在此空间出现的机率。 电子云电子云密度大密度大的地方说明的地方说明电子出现的电子出现的机会多机会多，而电子云，而电子云密度小密度小的地方说明的地方说明电子电子出现的机会少出现的机会少。人们按照图人们按照图示的方法制示的方法制作电子云的作电子云的轮廓图轮廓图常把电子出现的概率约为常把电子出现的概率约为90%90%的空间圈出来的空间圈出来关于电子在核外的运动，关于电子在核外的运动，你已经知道哪些规律？你已经知道哪些规律？ 二、二、 原子核外
8、电子的运动特征原子核外电子的运动特征电子云电子云能量越高。能量越高。离核越远；离核越远；分层运动（排布）；分层运动（排布）；QPONMLK7654321 核外电子的排布核外电子的排布 电子层：电子层： K L M N O P Q离核远近：近离核远近：近 远远 能量高低：低能量高低：低 高高1234567KLMNOPQ分层排布分层排布核外电子核外电子排布规律：排布规律：（1 1）能量最低原理：）能量最低原理：电子先排布在能量较电子先排布在能量较低的轨道上。低的轨道上。（2）每层每层2n2n2 2个。个。最外层最外层 8 8个（个（K K层时层时2 2个），如果最个），如果最外层为外层为8 8个（
9、个（K K层为层为2 2个）就达到了饱个）就达到了饱和稳定结构。和稳定结构。次外层次外层 1818个，倒数第三层个，倒数第三层 3232（2 2）各层最多容纳）各层最多容纳2n2n2 2 个电子个电子（3 3）最外层不超过）最外层不超过8 8个（个（K K层层2 2个）个）（4 4）次外层不超过）次外层不超过1818个，倒数第个，倒数第 三层不超过三层不超过3232个。个。相互制约，相互联系相互制约，相互联系排布规律（排布规律（一低四不超一低四不超）（1 1）能量最低原理）能量最低原理原子结构示意图：原子结构示意图：镁原子镁原子（Mg )原子核原子核质子数质子数电子层电子层该层上的电子数该层上
10、的电子数第一层第一层 倒数第一层倒数第一层 最外层最外层 次外层次外层电子层数为电子层数为_层。层。核电荷数为核电荷数为1 11818的元素的原子结构示意图的元素的原子结构示意图金属元素金属元素非金属元素非金属元素稀有气体元素稀有气体元素最外层电子数最外层电子数一般少于一般少于4 4个个最外层电子数最外层电子数一般多于一般多于4 4个个最外层电子数最外层电子数已达到最多（已达到最多（2 2个或个或8 8个）个）（1）电子分层排布的依据是什么？）电子分层排布的依据是什么？（2）在多电子原子中，每一层上的电子）在多电子原子中，每一层上的电子能量一样吗？运动区域的形状一样吗？能量一样吗？运动区域的形
11、状一样吗？（3）为什么每个电子层所能容纳的电子）为什么每个电子层所能容纳的电子数最多为数最多为2n2（n为电子层数）？为电子层数）？ （一）电子层（又称能层）（一）电子层（又称能层）：分层依据：能量的较大差别；：分层依据：能量的较大差别； 电子运动的主要区域或离核远近的不同电子运动的主要区域或离核远近的不同。二、二、 原子核外电子的运动特征原子核外电子的运动特征电子层序数电子层序数（n）1234567符号符号KLMNOPQ 离核越来越远，能量越来越高离核越来越远，能量越来越高同一电子层内，电子能量也并非完全相同。同一电子层内，电子能量也并非完全相同。（二）原子轨道（二）原子轨道电子亚层电子亚层
12、 量子力学研究表明，处于同一电子层量子力学研究表明，处于同一电子层的原子核外电子，也可以在不同类型的的原子核外电子，也可以在不同类型的原原子轨道子轨道上运动。上运动。轨道的轨道的类型不同类型不同，轨道的轨道的形状也不同形状也不同。用用s s、p p、d d、f f分别表示不同形状的轨道分别表示不同形状的轨道。（二）原子轨道：（二）原子轨道： 指量子力学描述电子在原子核外空间运动的主要区域。指量子力学描述电子在原子核外空间运动的主要区域。1、原子轨道类型（又叫能级）、原子轨道类型（又叫能级）： 轨道类型不同，轨道的形状也不同。用轨道类型不同，轨道的形状也不同。用s，p，d，f表示不同形状的轨道。
13、表示不同形状的轨道。同一电子层的电子能量不一定相同，同一电子层的电子能量不一定相同，处在同一电子层的原子核外电子，处在同一电子层的原子核外电子，也可以在不同类型的也可以在不同类型的原子轨道原子轨道上运动上运动二、二、 原子核外电子的运动特征原子核外电子的运动特征原子轨道形状原子轨道形状-电子云轮廓图电子云轮廓图二、原二、原子核外电子的运动特征子核外电子的运动特征s轨道轨道-呈球形呈球形p p轨道：轨道：纺锤纺锤形形d原子轨道d d原子轨道是原子轨道是花瓣形的；花瓣形的；f f轨道形轨道形状更复杂。状更复杂。二、二、 原子核外电子的运动特征原子核外电子的运动特征原子轨道的表示方法：原子轨道的表示
14、方法：第四电子层：有四种形状，决定有四种类型轨道。第四电子层：有四种形状，决定有四种类型轨道。记作记作4s，4p，4d，4f第五电子层：有五种形状，决定有五种类型轨道。第五电子层：有五种形状，决定有五种类型轨道。表示为表示为ns，np，nd，nf等。等。第一电子层：只一种形状第一电子层：只一种形状球形对称，只一种类型轨道，球形对称，只一种类型轨道，用用s表示，叫表示，叫s轨道，记作轨道，记作1s。第二电子层：有二种形状，所以有二种类型轨道。分别是：第二电子层：有二种形状，所以有二种类型轨道。分别是：球形，记作球形，记作2s；纺锤形，用；纺锤形，用p表示，叫表示，叫p轨道，记作轨道，记作2p。第
15、三电子层：有三种形状，决定有三种类型轨道。第三电子层：有三种形状，决定有三种类型轨道。 记作记作3s，3p，3d。原子轨道种类数与电子层序数相等，即原子轨道种类数与电子层序数相等，即n n层有层有n n种轨道。种轨道。（三）轨道的伸展方向：（三）轨道的伸展方向：p轨道在空间有轨道在空间有x、y、z3个伸展方向，个伸展方向，所以所以p轨道含轨道含3个轨道，可容纳个轨道，可容纳6个电子个电子分别记作：分别记作：px、py、pz。s轨道是球形对称的，只有轨道是球形对称的，只有1个轨道，可容纳个轨道，可容纳2个电子。个电子。d轨道有轨道有5个伸展方向，有个伸展方向，有5个轨道，可容纳个轨道，可容纳10
16、个电子；个电子；f轨道有轨道有7个伸展方向，有个伸展方向，有7个轨道，可容纳个轨道，可容纳14个电子。个电子。形状相同的原子轨道在原子核外空间还有不同形状相同的原子轨道在原子核外空间还有不同的伸展方向。的伸展方向。n1234电子层电子层第一第一第二第二第三第三第四第四原子轨道原子轨道1s2s 2p3s 3p 3d4s 4p 4d 4f2、原子轨道的表示方法（、原子轨道的表示方法（ns，np，nd，nf等）等）原子轨道种类数与电子层序数相原子轨道种类数与电子层序数相等，即等，即n n层有层有n n种轨道。种轨道。专题专题2 原子核外电子的运动特征原子核外电子的运动特征电子层电子层原子轨原子轨道类
17、型道类型原子轨道原子轨道类型数目类型数目可容纳的可容纳的电子数目电子数目1 11s1s2 22s2s，2p2p3 33s3s，3p3p，3d3d4 44s4s，4p4p，4d4d，4f4fn n1 12 24 48 89 9181816163232n n2 22n2n2 2总结：总结：各电子层包含的原子轨道数目和可容纳的电子数各电子层包含的原子轨道数目和可容纳的电子数各原子轨道的能量高低：各原子轨道的能量高低：电子层和形状相同的原子轨道的能量相电子层和形状相同的原子轨道的能量相等，如等，如2p2px x、2p2py y、2p2pz z轨道的能量相等。轨道的能量相等。相同电子层上原子轨道能量的高
18、低相同电子层上原子轨道能量的高低：ns ns np np nd nd nf nf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：1s 1s 2s 2s 3s 3s 4s 4s多电子原子中，电子填充原子轨道时，原子多电子原子中，电子填充原子轨道时，原子轨道能量的高低存在如下规律：轨道能量的高低存在如下规律：2p2px x2p2py y2p2pz z3 3、有下列四种轨道：、有下列四种轨道：2s2s、2p2p、3p3p、4d4d，其中能量最高的是（，其中能量最高的是（ ）A. 2s B.2p C.3p D.4dA. 2s B.2p C.3p D.4dD D4 4、用、用“”“”“”或或“
19、”表示下列各组表示下列各组多电子原子的原子轨道能量的高低多电子原子的原子轨道能量的高低 3s 3s 3p 2p 3p 2px x 2p 2py y 3s 3s 3d 3d 4s 4s 3p 3p 5 5、比较下列多电子原子的原子轨道能、比较下列多电子原子的原子轨道能量的高低量的高低 2s 2p 4s 2s 2p 4s 3s 3p 4p 3s 3p 4p2s2s2p2p4s4s3s3s3p3p4p4p（4 4）电子自旋：）电子自旋： 原子核外电子还有一种称为原子核外电子还有一种称为“自旋自旋”的运动。原子核外电子的自旋可以有的运动。原子核外电子的自旋可以有两种不同的状态，通常人们用向上箭头两种不
20、同的状态，通常人们用向上箭头“”和向下箭头和向下箭头“”来表示这两种来表示这两种不同的自旋状态。当然，不同的自旋状态。当然，“电子自旋电子自旋”并非真像地球绕轴自旋一样，它只是代并非真像地球绕轴自旋一样，它只是代表电子的两种不同状态。表电子的两种不同状态。 处于同一电子层的原子核外电子处于同一电子层的原子核外电子, ,也可以在不也可以在不 同类型的同类型的 上运动上运动, , 不同，不同， 的的形状也不同。形状也不同。 S S轨道是轨道是 对称的对称的, ,所以所以S S轨轨道道 个轨道；个轨道；P P轨道在空间有轨道在空间有 个个伸展方向伸展方向, ,所以所以P P轨道包括轨道包括 个个轨道
21、；轨道；d d轨道有轨道有 个轨道、个轨道、f f轨道有轨道有 个个轨道。每一个原子轨道上只能有轨道。每一个原子轨道上只能有 个自旋个自旋状态不同的核外电子。状态不同的核外电子。原子轨道原子轨道轨道类型轨道类型轨道轨道球形球形1 1x x、y y、z zpx、py、pz 357 72 2填空：填空：（1）电子分层排布的依据是什么？）电子分层排布的依据是什么？（2）在多电子原子中，每一层上的电子能量）在多电子原子中，每一层上的电子能量一样吗？一样吗？ 运动区域的形状一样吗？运动区域的形状一样吗？（3）为什么每个电子层所能容纳的电子数最）为什么每个电子层所能容纳的电子数最多为多为2n2（n为电子层
22、数）？为电子层数）？观察这个原子运动状态图（剖面图），观察这个原子运动状态图（剖面图），该原子核外有几个电子层？该原子核外有几个电子层？动动脑1、下列轨道含有轨道数目为、下列轨道含有轨道数目为3的是的是A、1s B、2p C、3p D、4d 3、第三电子层含有的轨道数为、第三电子层含有的轨道数为 A、3 B、 5 C、 7 D、 9 动动脑动动脑2、3d轨道中最多容纳电子数为轨道中最多容纳电子数为A、2 B、 10 C、 14 D、 184.第二电子层最多含有的电子数是第二电子层最多含有的电子数是A、2 B、4 C、 8 D、10 C、同是、同是s轨道，在不同的能层中所能容纳的最多电子数是不相
23、同的轨道，在不同的能层中所能容纳的最多电子数是不相同的5、下列关于电子层与原子轨道类型的说法中不正确的是、下列关于电子层与原子轨道类型的说法中不正确的是 ( ) A、原子核外电子的每一个电子层最多可容纳的电子数为、原子核外电子的每一个电子层最多可容纳的电子数为2n2B、任一电子层的原子轨道总是从、任一电子层的原子轨道总是从s轨道开始，而且原子轨轨道开始，而且原子轨道类型数目等于该电子层序数道类型数目等于该电子层序数D、1个原子轨道里最多只能容纳个原子轨道里最多只能容纳2个电子个电子专题专题2 原子核外电子的运动特征原子核外电子的运动特征6、下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是（、下列有关电子
24、云和原子轨道的说法正确的是（ ）A原子核外的电子象云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子原子核外的电子象云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云云Bs能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动内运动Cp能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层的增加，能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层的增加，p能级原子能级原子轨道也在增多轨道也在增多D与与s电子原子轨道相同，电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径随能层电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大的增大而增大 专题专题2 原子核外电子的运动特征原子核外电子的运动特征 核外电子的运动状态小结：小结：电子
25、层n原子轨道或电子云形状原子轨道或电子云形状原子轨道或电子云在空间的伸展方向原子轨道或电子云在空间的伸展方向电子的自旋状态（或自旋方向）电子的自旋状态（或自旋方向）描描述述核核外外电电子子运运动动状状态态的的参参数数电子层电子层 KLMNOP1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f轨道轨道核核外外电电子子填填充充顺顺序序图图轨道能量顺序7 71.1.最低能量原理最低能量原理电子在原子轨道上的排布，要尽电子在原子轨道上的排布，要尽可能使电子的能量最低。可能使电子的能量最低。2.2.泡利不相容原理泡利不相容原理每个原子轨道最多只能容纳每个原子轨道最多只能容纳两个电子，且自旋方向必须相反。两个电子，
26、且自旋方向必须相反。原子核外电子排布的三大原理原子核外电子排布的三大原理3.3.洪特规则洪特规则电子在等价轨道（能量相同电子在等价轨道（能量相同的轨道）上排布时，总是尽可能分占不同的的轨道）上排布时，总是尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同。这种排布，电子的轨道，且自旋方向相同。这种排布，电子的能量最低。能量最低。能级图14Si18Ar20Ca24Cr29Cu10Ne针对训练针对训练写写出出下下列列元元素素原原子子结结构构示示意意图图、电电子子排排布布式式及及其其简简化形式、外围电子排布式、电子轨道表示式：化形式、外围电子排布式、电子轨道表示式： 根据洪特规则，人们总结出，根据洪特规则，人们总结出，当同一亚层轨道半充满、全充满以及当同一亚层轨道半充满、全充满以及全空时，是比较稳定的。全空时，是比较稳定的。洪特规则特例：洪特规则特例：全充全充满满半充半充满满全空全空本课总结：本课总结：知知识识体体系系原子核外电子原子核外电子运动运动特征特征排布排布遵循的原理和遵循的原理和规则规则原子核外电子原子核外电子排布的表示式排布的表示式能量最低原理能量最低原理泡利不相容原理泡利不相容原理洪特规则洪特规则电子排布式电子排布式轨道表示式轨道表示式人人类对原子结类对原子结构认识的历史构认识的历史！
