電子云與原子軌道+泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理+高二化學人教版（2019）選擇性必修2

第一章

原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

第一節(jié)

原子結(jié)構(gòu)第3課時

電子云與原子軌道泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理

原子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展電子為什么不能像行星一樣，沿著固定的軌道圍繞原子核運動？宏觀物體微觀粒子質(zhì)量很大速度較慢位移可測能量可測軌跡可描述（畫圖或函數(shù)描述）很小很快（接近光速）位移、能量不可同時測定不可確定1920年，海森堡提出著名的海森堡測不準原理：無法同時精確測量某個電子在某一時刻的位置和動量。原子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展薛定諤方程1926年奧地利物理學家薛定諤提出：可以用一個數(shù)學方程描述核外電子的運動狀態(tài)，為近代量子力學奠定了理論基礎。量子力學推翻了玻爾的氫原子模型。薛定諤量子力學指出：一定空間運動狀態(tài)的電子并不在玻爾假設的線性軌道上運動，而是在核外空間各處都可以出現(xiàn)，只是出現(xiàn)的概率不同。概率密度分布圖與電子云圖

圖1-7氫原子1s電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布圖小點不是電子，小點是1s電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度的形象描述，不代表電子的運動軌跡，小點越密，表明概率密度越大。由于核外電子的概率密度分布看起來像一片云霧，因而被形象的稱作“電子云”。電子云輪廓圖

電子云輪廓圖給出了電子在原子核外經(jīng)常出現(xiàn)的區(qū)域（一般是電子出現(xiàn)概率為90%部分圈出）。S軌道電子云輪廓圖繪制過程

所有原子的任一能層的s電子的電子云輪廓圖都是一個球形。能層越高，s電子的電子云半徑越大。電子的能量依次增高，電子在離核更遠的區(qū)域出現(xiàn)的概率逐漸增大，電子云越來越向更大的空間擴展。s能級的電子云輪廓圖——球形p能級的電子云輪廓圖除s電子云外，其他電子云都不是球形的?！獑♀彔罨蚣忓N形p電子的電子云形狀相同，均為啞鈴形，p能級有3個相互垂直的電子云，分別以px、py、pz表示，同一能層中px、py、pz的能量相同。原子軌道原子軌道：量子力學把電子在原子核外的一個空間運動狀態(tài)稱為一個原子軌道。一種軌道代表一種空間運動狀態(tài)。s能級原子軌道有1個p能級原子軌道有3個d能級原子軌道有5個f能級原子軌道有7個原子軌道能級spdf最多可容納電子數(shù)原子軌道數(shù)每個軌道容納電子數(shù)能層能級原子軌道數(shù)原子軌道符號電子云輪廓圖形狀取向K1sL2s2pM3s3p3d..................2610141357222211s球形12s球形32px、2py、2pz啞鈴形13s球形33px、3py、3pz啞鈴形5相互垂直相互垂直149能層序數(shù)(n)能級個數(shù)：n軌道個數(shù)：n2電子數(shù)：2n2現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)模型+原子軌道能級spdf原子軌道數(shù)13571s2s3s4s5s2p3p4p5p3d4d5d4f5f5g每個原子軌道最多只能容納2個電子，為什么一個軌道允許容納2個電子呢？電子自旋——資料卡片鈉原子光譜實驗斯特恩-蓋拉赫實驗提出猜想

：軌道中的單電子可能存在兩種不同的運動狀態(tài)1925年：烏倫貝克和哥德斯密根據(jù)實驗事實提出概念“電子自旋”，電子除了空間運動狀態(tài)外，還存在一種運動狀態(tài)叫自旋。只有1個最外層電子的堿金屬原子光譜會在光譜里呈現(xiàn)雙線只有1個最外層電子的銀原子在外加電場里加速飛行通過一個不對稱磁場時會分成兩束電子自旋和泡利原理①自旋是微觀粒子普遍存在的一種如同電荷、質(zhì)量一樣的內(nèi)在屬性。②電子能量與能層、能級有關(guān)，電子的空間運動狀態(tài)與原子軌道有關(guān)，能層、能級、原子軌道和自旋狀態(tài)四個方面共同決定電子的運動狀態(tài)。

電子自旋在空間有順時針和逆時針兩種取向，簡稱自旋相反，常用上下箭頭（

↑

和

↓

）表示自旋相反的電子。

在一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，它們的自旋相反，這個原理被稱為泡利原理（也稱泡利不相容原理）。電子排布的軌道表示式（電子排布圖）軌道表示式（又稱電子排布圖）是表述電子排布的一種圖式。

表示方法：用方框（也可用圓圈）表示原子軌道，能量相同的原子軌道（簡并軌道）的方框相連，箭頭（↑↓）表示一種自旋狀態(tài)電子。如氫和氧的基態(tài)原子的軌道表示式為1s2s2pH↑↓↑O1s↑↓↑↓↑↑

通常應在方框下方或上方標記能級符號，有時畫出的能級上下錯落，以表達能量高低不同。原子軌道簡并軌道：能量相同的原子軌道電子對單電子(未成對電子)自旋平行能級符號洪特規(guī)則

基態(tài)原子中，填入簡并軌道的電子總是先單獨分占且自旋平行，稱為洪特規(guī)則。如：2p3的電子排布為

：

洪特規(guī)則不僅適用于基態(tài)原子，也適用于基態(tài)離子，洪特規(guī)則適用于電子填入簡并軌道，并不適用于電子填入能量不同的軌道。2p↑↑↑2p↑↓↑2p↑↑↓

不能為：洪特↑↓1s2s2p3s↑↓↑↑↓↑↓↑↓Na1s22s22p63s1Na思考與討論1.下列軌道表示式中哪個是硼的基態(tài)原子？為什么？2.下列軌道表示式中哪個是氧的基態(tài)原子？為什么？↑↓↑↓↑1s2s2p↑↑↓↓↑1s2s2p根據(jù)泡利原理，在一個原子軌道，最多容納2個電子，且他們的自旋相反?！?s2s2p↑↓↑↓↑↓↑↓1s2s2p↑↓↑↓↑↓↑↓1s2s2p根據(jù)洪特規(guī)則，基態(tài)原子里，填入簡并軌道的電子總是先單獨分占，且自旋平行?！獭虒懸粚憣懗鯤、He、Li、Be、B原子的軌道表示式?！?sH:↑↓1sHe:↑↓↑1s2sLi:↑↓↑↓↑1s2s2pB:↑↓↑1s2sBe:練一練：寫出Si、Cl、Cr的軌道表示式。練一練：寫出Cl、Cu、Fe2+、Fe3+的價層電子軌道表示式。能量最低原理

多電子原子在基態(tài)時核外電子優(yōu)先占據(jù)能量最低的軌道。

相鄰能級能量相差很大時，電子填入能量低的能級即可使整個原子能量最低(如所有主族元素的基態(tài)原子);(對于1～36號元素來說，應重點掌握和記憶“1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p”這一順序)。

而當相鄰能級能量相差不太大時，有1~2個電子占據(jù)能量稍高的能級可能反而降低了電子排斥能而使整個原子能量最低(如所有副族元素的基態(tài)原子)。核外電子排布表示方法能量最低原理泡利原理洪特規(guī)則核外電子排布三原則使整個原子能量最低最多容納2e-，且自旋相反先單獨分占，且自旋平行原子結(jié)構(gòu)示意圖電子排布式簡化電子排布式價電子排布式軌道表示式直觀反映出核內(nèi)質(zhì)子數(shù)、核外電子層數(shù)及各電子層上的電子數(shù)直觀反映能層，能級，能級上的電子數(shù)能直觀反映出電子的排布情況和自旋狀態(tài)總結(jié)提升填多少怎么填概念辨析基態(tài)原子核外電子排布的表示方法——七圖式表示方法原子結(jié)構(gòu)示意圖電子式電子排布式簡化電子排布式價電子排布式電子排布圖價電子排布圖以硫(S)為舉例1s22s22p63s23p4[Ne]3s23p43s23p4明辨是非(1)p能級的能量一定比s能級的能量高()(2)同一原子中，2p、3p、4p能級的軌道數(shù)依次增多()(3)2p和3p軌道形狀均為啞鈴形，能量也相等()(4)2px、2py、2pz的能量相等()(5)1s電子云示意圖中一個小點表示一個自由運動的電子()(6)電子的運動與行星相似，圍繞原子核在固定軌道上高速旋轉(zhuǎn)()(7)p軌道呈啞鈴形，因此p軌道上的電子運動軌跡呈啞鈴形()×××√×××課堂檢測1、第三電子層含有的軌道數(shù)為()A、3B、5C、7D、9D2、某元素原子的最外層2p軌道上有2個未成對電子。請寫出該元素原子的價層電子的軌道表示式？3、某元素原子的L層上有3對成對電子。請寫出該元素原子的價層電子的軌道表示式？O↑↓2s↑↑↑↓2pF↑↑↑↓↓2s2p↑↓C↑↓2s↑↑2p拓展延伸

基態(tài)原子中未成對電子（單電子）的判斷

未成對電子的定義：一個原子軌道中只有1個電子時，該電子即為未成對電子。一個原子軌道中有2個自旋狀態(tài)相反的電子，這2個電子稱為成對電子。1-36號元素中，原子核外未成對電子數(shù)與價電子排布之間的關(guān)系（1）有1個未成對電子：ns1、ns2np1、ns2np