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第一節(jié)
原 子 結(jié) 構(gòu)
電子云與原子軌道
1913年，玻爾提出氫原子模型，電子在 上繞核運行。
線性軌道
1922年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者
氫原子模型
然而，1926年，玻爾建立的線性軌道模型被量子力學(xué)推翻。
薛定諤方程
1926年奧地利物理學(xué)家薛定諤提出：可以用一個數(shù)學(xué)方程描述核外電子的運動狀態(tài)，為近代量子力學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)。
埃爾溫·薛定諤
(Erwin Schr?dinger)
核外電子的運動特點
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設(shè)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。
(核外電子運動空間的不確定性與概率)
四、電子云與原子軌道
1.電子云
——核外電子的概率密度分布（看起來像一片云霧）
一定空間運動狀態(tài)的電子在核外空間各處都可能出現(xiàn)，但出現(xiàn)的概率不同
概率密度 ＝ ?概率體積
?
ρ＝
P
V
P表示電子在某處出現(xiàn)的概率
V表示該處的體積
小點是1s電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度的形象描述
氫原子1s電子的概率密度分布圖
小點越密，表明概率密度越大。
電子云圖難繪制
電子云輪廓圖
將出現(xiàn)概率P= 90%的空間圈出來
2.電子云輪廓圖
1s
2s
3s
4s
同一原子的 s 電子的電子云輪廓圖
1. 不同能層的s電子云形狀一致，均為球形；
2. 能層越高，s電子的電子云半徑越大。
3.原子軌道
:量子力學(xué)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。
(即電子云的輪廓)
→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
形狀一：s電子的原子軌道
x
y
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
1s
2s
3s
4s
s電子的原子軌道呈球形，能層序數(shù)越大，原子軌道的半徑越大。
在空間有1個伸展方向，故s軌道只有1個軌道。
形狀二：:p電子的原子軌道
p電子的原子軌道呈啞鈴形，能層序數(shù)越大，原子軌道的半徑越大。
在空間有3個伸展方向，它們互相垂直，故p軌道有3個軌道px、py、pz。
4.各能級所含有原子軌道數(shù)目
能級符號
ns
np
nd
nf
最多容納電子數(shù)
2
6
10
14
軌道數(shù)目
單軌道容納電子數(shù)
1
3
5
7
2
2
2
2
5.各能層所含有原子軌道數(shù)目
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}能層
K
L
M
N
O
P
Q
軌道數(shù)
1
4
9
16
25
36
49
各能層所含有原子軌道數(shù)目 = n2
6.能層、能級和原子軌道之間的關(guān)系
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}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
K
1s
1
1s
球形
——
L
2s
1
2s
球形
——
2p
3
2p
啞鈴形
相互垂直
M
3s
1
3s
球形
——
3p
3
3p
啞鈴形
相互垂直
3d
5
3d
——
——
1.下列說法正確的是（ ）
A．p電子云是平面“8”字形的
B．3p2表示3p能級中有兩個原子軌道
C．2d能級包含5個原子軌道，最多容納10個電子
D．處于最低能量的原子叫基態(tài)原子
D
2.基態(tài)Si原子中，電子占據(jù)的最高能層符號為____________，該能層具有的原子軌道數(shù)為_______、電子數(shù)為_______。
M????
9????
4????
3、第N能層所含能級數(shù)、原子軌道數(shù)和最多容納電子數(shù)分別為（ ）
A．3、32、2× 32 B．4、42、2× 32
C．5、42、5× 32 D．4、42、2× 42
D
五.泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理
(一).泡利原理
斯特恩-蓋拉赫實驗
在斯特恩-蓋拉赫實驗中發(fā)現(xiàn)了銀原子束經(jīng)過不均勻磁場，產(chǎn)生了偏轉(zhuǎn)，并最終在屏幕垂直方向上，形成了兩個上下對稱的非連續(xù)分布。至此，所有的粒子從理論上就都有了——自旋。
1.電子自旋與泡利原理
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( “↑”“↓” )表示自旋相反的電子。
1925 年，泡利正式提出，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。
即在任何一個原子中找不到兩個完全相同的電子。
2.電子排布的軌道表示式(電子排布圖)
用方框表示原子軌道，在方框的下方用能級符號表示軌道所屬能級。
8O的軌道表示式如下：
O
1s
2s
2p
方框/圓圈：表示原子軌道
方框的下方寫：能級符號
箭頭自旋狀態(tài)的電子
簡并軌道（能量相同的軌道）：方框相連
練習(xí)：請寫出Li、Be、Na的軌道表示式
Li
1s
↑↓
↑
2s
Be
1s
↑↓
↑↓
2s
↑↓
1s 2s 2p 3s
↑↓
↑
↑↓
↑↓
↑↓
1s22s22p63s1
Na
3.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。
請寫出C的軌道表示式
↑↓
↑↓
↑
↑
1s 2s 2p
↑↓
↑↓
↓
↓
1s 2s 2p
請寫出以下元素原子的軌道表示式。
N
O
F
1s
↑
↑↓
↑↓
↑
↑
2s
2p
1s
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
2s
2p
1s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
2s
2p
洪特規(guī)則特例*
能量相同的簡并軌道在全滿、半滿和全空條件時，體系能量較低，原子較穩(wěn)定。
3d 4s
↑↓
Cr
↑
↑
↑
↑
↑
Cr
↑
↑
↑
↑
↑
只有一組全滿的簡并軌道
有兩組半滿
的簡并軌道
體系能量較低，原子較穩(wěn)定
體系能量高，原子不穩(wěn)定
4.能量最低原理
在構(gòu)建基態(tài)原子時，電子將盡可能地占據(jù)能量最低的原子軌道，使整個原子的能量最低，這就是能量最低原理。
（1）運用能量最低原理，說明構(gòu)造原理的填充順序是1s、2s、2p、3s、3p
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。
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，1s、2s、2p、3s、3p依次填入電子即遵循該規(guī)律。
（2）運用能量最低原理，說明構(gòu)造原理的填充順序是3p、4s、3d、4p……
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而使整個原子能量最低。
若3p填滿6個電子后，再進入的電子填入3d能級，此時第三能層電子數(shù)超過8個，電子彼此間的排斥加劇，致使整個原子能量升高。為了降低整體能量，會優(yōu)先在4s上排布。4s排滿后，不會進入4p而進入3d，因為4p軌道的能量比3d高，相差較大。
寫出19K、21Sc基態(tài)原子的電子軌道表示式，
并寫出其相應(yīng)K+、Sc2+的電子軌道表示式。
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p 4s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
K
↑
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
K+
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑↓
Sc
1s 2s 2p 3s 3p 3d
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
Sc2+
寫出26Fe基態(tài)原子的電子軌道表示式，
并寫出其相應(yīng)Fe2+、Fe3+的電子軌道表示式。
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
Fe
↑↓
↑
↑
↑
↑
1s 2s 2p 3s 3p 3d
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
Fe2+
↑↓
↑
↑
↑
↑
1s 2s 2p 3s 3p 3d
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
Fe3+
↑
↑
↑
↑
↑
寫出29Cu基態(tài)原子的價電子軌道表示式，
并寫出其相應(yīng)Cu+、Cu2+的價電子軌道表示式。
Cu
Cu+
Cu2+

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