3電子云與原子軌道泡利原理洪特規(guī)則能量最低原理課件高二下學(xué)期化學(xué)人教版選擇性必修2

組織建設(shè)第3課時

電子云與原子軌道

泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理第一章

原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)原子核外電子的運動狀態(tài)是怎么樣的呢？1913年玻爾提出氫原子模型，電子在線性軌道上繞核運行。1926年玻爾建立的線性軌道模型被量子力學(xué)推翻。量子力學(xué)指出，一定空間運動狀態(tài)的電子并不在玻爾假定的線性軌道上運行，而在核外空間各處都可能出現(xiàn)，但出現(xiàn)的概率不同，可以算出它們的概率密度(ρ)分布。一、電子云與原子軌道1.概率密度

用P表示電子在某處出現(xiàn)的概率，V表示該處的體積，則

稱為概率密度，用ρ表示。

氫原子的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本身，小點是1s電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度的形象描述。小點越密，表明概率密度越大。2.電子云由于核外電子的概率密度分布看起來像一片云霧，因而被形象地稱作電子云。1.含義：電子云是處于一定空間運動狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述。不代表電子的運動軌跡。[微自測]1.下列有關(guān)電子云的敘述中，正確的是（）A、電子云形象地表示了電子在核外某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率B、電子云直觀地表示了核外電子的數(shù)目C、1s電子云界面圖是一個球面，表示在這個球面以外，電子出現(xiàn)的概率為零D、電子云是電子繞核運動形成了一團帶負(fù)電荷的云霧A2.電子云輪廓圖電子云圖很難繪制，使用不便，我們常使用電子云輪廓圖。①繪制電子云輪廓圖的目的：表示電子云輪廓的形狀，對核外電子的空間運動狀態(tài)有一個形象化的簡便描述。②繪制電子云輪廓圖：把電子在原子核外空間出現(xiàn)概率P=90%的空間圈出來。

電子云輪廓圖的繪制過程球形輪廓圖xyz同一原子的s電子的電子云輪廓圖【思考與討論】你能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？1.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，只是球的半徑不同。

2.同一原子的能層越高，s電子云半徑越大。由于電子能量依次增高，電子在離核更遠(yuǎn)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。3.s電子云只有一種空間伸展方向。4.除s電子云外，其他電子云輪廓圖都不是球形的。xyzyxzyxzyxzyzxpzzyxpyzyxpx①p電子云輪廓圖是啞鈴形或紡錘形。能層序數(shù)越大，p電子云半徑越大。Pz、Py、Px的電子云輪廓圖Pz、Py、Px的電子云②無論2p、3p還是4p…..都有3個相互垂直的電子云(3種空間伸展方向)，分別稱為Px、Py、Pz，右下標(biāo)x、y、z分別是p電子云在直角坐標(biāo)系里的取向。③同一能層中px、py、pz的能量相同。d電子云輪廓圖是花瓣形或雙啞鈴形。有5種空間伸展方向。f電子云輪廓圖有7種空間伸展方向。ns原子軌道有1個nd原子軌道有5個np原子軌道有3個nf原子軌道有7個3.原子軌道1.含義：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。2.表示：常用電子云輪廓圖的形狀和取向來表示原子軌道的形狀和取向。各能級的一個伸展方向的電子云輪廓圖即表示一個原子軌道。不是電子具體運動軌跡能層能級原子軌道數(shù)原子軌道名稱原子軌道的形狀和取向K1s11s球形——L2s12s球形——2p32px、2py、2pz啞鈴形互相垂直M3s13s球形——3p33px、3py、3pz啞鈴形互相垂直3d5………………N4s14s球形——4p34px、4py、4pz啞鈴形互相垂直4d5……………...4f7………………3.不同能層的能級、原子軌道數(shù)、原子軌道名稱以及形狀和取向原子軌道數(shù)=能層數(shù)2=n2

149161.s能級和p能級的原子軌道存在哪些方面的差異？提示軌道取向、形狀、數(shù)目、最多容納電子數(shù)等不同。2.不同能層中的s軌道和p軌道電子云輪廓分別相同嗎？能量分別相同嗎？提示電子云輪廓相同(s軌道均為球形，p軌道均為啞鈴形)；能量不同(能層序數(shù)越大，能量越高)。3.基態(tài)原子的核外電子填充在6個軌道的元素有幾種？填充在7個軌道中的元素有幾種？提示s、p能級分別有1、3個原子軌道，按照構(gòu)造原理，核外電子填充在6個軌道的元素為1s22s22p63s1(Na)和1s22s22p63s2(Mg)，共2種；填充在7個軌道中的元素只有1s22s22p63s23p1(Al)一種元素。[微自測]2.下列說法正確的是（）A.不同的原子軌道形狀一定不相同B.p軌道呈啞鈴形，因此p軌道上的電子運動軌跡呈啞鈴形C.2p能級有3個p軌道D.氫原子的電子運動軌跡呈球形C[微自測]3.下列有關(guān)電子云和原子軌道的說法正確的是（

）A．原子核外的電子象云霧一樣籠罩在原子核周圍，故稱電子云B．s能級的原子軌道呈球形，處在該軌道上的電子只能在球殼內(nèi)運動C．p能級的原子軌道呈紡錘形，隨著能層的增加，p能級原子軌道也在增多D．與s電子原子軌道相同，p電子原子軌道的平均半徑隨能層的增大而增大D4.下列說法中正確的是（）A.1s22s12p1表示的是激發(fā)態(tài)原子的核外電子排布B.3p2表示3p能級有兩個原子軌道C.同一原子中，1s、2s、3s電子的能量逐漸減小D.同一原子中，2p、3p、4p能級中的軌道數(shù)依次增多A[微自測]二、泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理1、電子自旋和泡利原理根據(jù)已學(xué)的知識，填寫下表：能級spdf原子軌道數(shù)單軌道容納電子數(shù)最多可容納電子數(shù)135722222610142個電子容納在一個軌道里，也就意味著，它們的空間運動狀態(tài)相同。為什么一個軌道允許容納兩個電子呢？它們的運動狀態(tài)又有什么差異呢？鈉原子光譜實驗氫原子光譜實驗（1）自旋順時針和逆時針兩種取向（簡稱自旋相反）①電子自旋的取向：1925年，烏倫貝克和哥德斯密根據(jù)實驗事實提出假設(shè)：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。②符號表示：↑和↓表示自旋相反的電子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)。即在任何一個原子中找不到兩個完全相同的電子。HH1s1O1s22s22p4①含義（又稱泡利不相容原理）：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。（2）泡利原理（3）電子排布的軌道表示式①軌道表示式（電子排布圖）：是表述電子排布的一種圖示。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1、用□或〇代表一個原子軌道，能量相同的原子軌道（簡并軌道）的方框相連。不同能級中的□要相互分開。2、整個電子排布圖中各能級的排列順序要與相應(yīng)的電子排布式一致。4、通常在方框下方或上方標(biāo)記能級符號。3、箭頭表示一種自旋狀態(tài)的電子，一個箭頭表示一個電子，↓↑”稱電子

對，“↑”或“↓”表示單電子（或稱未成對電子），箭頭同向的單電子稱自旋平行。HH1s1O1s22s22p45、有時畫出的能級上下錯落，以表達能量高低不同。練一練：請畫出鋁原子的軌道表示式鋁原子外層有

個電子對，有

個單電子。電子有

種空間運動狀態(tài)，有

種運動狀態(tài)不同的電子。13176下列基態(tài)碳原子的軌道表示式哪個是正確的？②C1s↑↑↑↓↑↓2s2p①C1s↑↓↑↓↑↓2s2p2p③C↑1s↑↑↓↑↓

2s2p④C↓1s↑↑↓↑↓

2s2.洪特規(guī)則①含義：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。2p3的電子排布圖XX√√P165B1s22s22p16C1s22s22p2√√違反泡利原理違反洪特規(guī)則違反洪特規(guī)則思考與討論

3d

4sCr無半空軌道，只有一個全滿軌道有一組半滿的簡并軌道和一個半空軌道3.請寫出Cr、Cu元素原子的簡化電子排布式及價層電子軌道表示式。Cu

[Ar]3d104s1Cr[Ar]3d54s1Cu↑↑↑↑↑↓

3d4sCr↑↑↑↑↑↑↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑

3d4s有一個半空軌道思考與討論能量較低狀態(tài)穩(wěn)定全充滿（p6，d10，f14）全空時（p0，d0，f0）半充滿（p3，d5，f7）②洪特規(guī)則特例：在簡并軌道上的電子排布處于全滿、半充滿、全空狀態(tài)，具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性。Cr：1s22s22p63s23p63d44s2Cu：1s22s22p63s23p63d94s2Cr：1s22s22p63s23p63d54s1Cu：1s22s22p63s23p63d104s1√√③總結(jié)：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。3.能量最低原理①含義：在構(gòu)建基態(tài)原子時，電子將盡可能地先占據(jù)能量低的原子軌道，使整個原子的能量最低。（構(gòu)造原理）②因素：整個原子的能量由核電荷數(shù)、電子數(shù)和電子狀態(tài)三個因素共同決定。③注意：書寫軌道表示式時，常出現(xiàn)的錯誤及正確書寫違反能量最低原理違反泡利原理和洪特規(guī)則20Ca1s22s22p63s23p64s219K1s22s22p63s23p64s1違反能量最低原理3d能級的能量大于4s能級的能量P16思考與討論拓展提升(1)最外層只有1個未成對電子的元素(2)最外層有2個未成對電子的元素(3)最外層有3個未成對電子的元素(4)核外電子排布中，未成對電子數(shù)最多的元素ⅠA族(ns1：H、Li、Na、K)；ⅢA族(ns2np1：B、Al、Ga)；ⅦA族(ns2np5：F、Cl、Br)；Cr(3d54s1)、Cu(3d104s1)。ⅣA族(ns2np2：C、Si、Ge)；ⅥA族(ns2np4：O、S、Se)。ⅤA族(ns2np3：N、P、As)。Cr(3d54s1，共有6個未成對電子)。概念區(qū)分區(qū)別原子的電子式、原子結(jié)構(gòu)示意圖、核外電子排布式、電子排布圖（軌道表示式）。軌道表示式:（電子排布圖）電子排布式:原子結(jié)構(gòu)示意圖:電子式:↑↑1s2s2p↑↓↑↓1s22s22p2+624C····以C為例:簡化電子排布式:[He]2s22p2C價層電子的軌