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第一章 原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)
第4課時(shí) 泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理
原子
光譜
能量
量子化
能級(jí)
知識(shí)回顧
能層
原子結(jié)構(gòu)示意圖
構(gòu)造原理
問題：每個(gè)原子軌道中最多可容納兩個(gè)電子，那么這兩個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有什么差異嗎？
原子軌道
電子排布式
Na
1s22s22p63s1
每個(gè)原子軌道中最多可容納兩個(gè)電子
鈉原子光譜實(shí)驗(yàn)
589.0 589,6
雙線
氫原子光譜實(shí)驗(yàn)
雙線
斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)
地球公轉(zhuǎn)示意圖
1925年，烏倫貝克和哥德斯密根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)提出假設(shè)：
電子除了空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)外，還存在一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)叫自旋。
任務(wù)一：認(rèn)識(shí)電子自旋
電子自旋在空間有順時(shí)針和逆時(shí)針兩種取向，簡(jiǎn)稱自旋相反，常用上下箭頭(“↑”“↓”)表示自旋相反的電子。
泡利原理：在一個(gè)原子軌道里，最多只能容納2個(gè)電子，它們的自旋相反（也稱泡利不相容原理）。
任務(wù)一：認(rèn)識(shí)電子自旋
1925年，烏倫貝克和哥德斯密根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)提出假設(shè)：
電子除了空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)外，還存在一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)叫自旋。
原子
光譜
能量
量子化
能級(jí)
知識(shí)回顧
能層
原子結(jié)構(gòu)示意圖
構(gòu)造原理
原子軌道
電子排布式
Na
1s22s22p63s1
電子自旋
問題：核外電子在原子軌道中的排布應(yīng)該如何表示呢？
軌道表示式
任務(wù)二：書寫軌道表示式
常用軌道表示式研究原子的核外電子在原子軌道中的排布。
1、用方框(或圓圈)表示原子軌道，能量相同的原子軌道(簡(jiǎn)并軌道)的方框相連。
2、各軌道按照離核由近到遠(yuǎn)，從左到右依次排列，且在方框的下方用能級(jí)符號(hào)表示軌道所屬能級(jí)。
3、用箭頭表示處于特定自旋方向的電子。
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
Al
↑
任務(wù)二：書寫軌道表示式
常用軌道表示式研究原子的核外電子在原子軌道中的排布。
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
Al
↑
電子對(duì)
單電子(或未成對(duì)電子)
箭頭同向的單電子稱自旋平行。
↑
↑
2p
H
He
↑↓
1s
↑↑
1s
Li
Be
↑↓
1s
↑
2s
↑↓
1s
↑↓
2s
問題：軌道表示式按照什么規(guī)則書寫呢？
泡利原理：在一個(gè)原子軌道里，最多只能容納2個(gè)電子，它們的自旋相反。
↑
1s
↓
1s
或
B
C
N
↑↓
1s
↑↓
2s
↑
2p
↑↓
1s
↑↓
2s
↑
2p
↑
洪特規(guī)則：基態(tài)原子中，填入簡(jiǎn)并軌道的電子總是先單獨(dú) 分占，且自旋平行。
↑↓
1s
↑↓
2s
↑
2p
↑
↑
O
↑↓
1s
↑↓
2s
↑
2p
↑
↑
↑↓
寫寫9-18號(hào)原子的軌道表示式。
Ne 1s22s22p6
F 1s22s22p5
Mg 1s22s22p63s2
Na 1s22s22p63s1
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
1s 2s 2p
1s 2s 2p
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
1s 2s 2p 3s
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
1s 2s 2p 3s
Al 1s22s22p63s23p1
Ar 1s22s22p63s23p6
Cl 1s22s22p63s23p5
S 1s22s22p63s23p4
P 1s22s22p63s23p3
Si 1s22s22p63s23p2
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
1s 2s 2p 3s 3p
Ca [Ar]4s2
K [Ar]4s1
V [Ar]3d34s2
Ti [Ar]3d24s2
Sc [Ar]3d14s2
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
1s 2s 2p 3s 3p 4s
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
1s 2s 2p 3s 3p 4s
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑↓
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
Cr [Ar]3d54s1
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
Co [Ar]3d74s2
Fe [Ar]3d64s2
Mn [Ar]3d54s2
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑↓
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑↓
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑↓
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
Ni [Ar]4s2
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑↓
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
Zn [Ar]3d104s2
Cu [Ar]3d104s1
Ga [Ar]3d104s24p1
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p
Ge 1s22s22p63s23p63d104s24p2
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p
Kr 1s22s22p63s23p63d104s24p6
Br 1s22s22p63s23p63d104s24p5
As 1s22s22p63s23p63d104s24p3
Se 1s22s22p63s23p63d104s24p4
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p
洪特規(guī)則不僅適用于基態(tài)原子，也適用于基態(tài)離子。
試寫出Fe3+和Cl-的軌道表示式。
Fe3+
Cl-
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
1s 2s 2p 3s 3p 3d
[Ar]3d5
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
1s 2s 2p 3s 3p
[Ne]3s23p6
Cr [Ar]3d54s1
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
Cu [Ar]3d104s1
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
光譜實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，能量相同的簡(jiǎn)并軌道在全滿、半滿和全空條件時(shí)，體系能量較低，原子較穩(wěn)定。
Cr [Ar]3d54s1
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
3d簡(jiǎn)并軌道半滿
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑↓
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
3d簡(jiǎn)并軌道沒有半滿或全滿

Cr [Ar]3d44s2
Cu [Ar]3d104s1
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
3d簡(jiǎn)并軌道全滿
3d簡(jiǎn)并軌道沒有半滿或全滿

Cu [Ar]3d94s2
能量最低原理 ：
在構(gòu)建基態(tài)原子時(shí)，電子將盡可能地占據(jù)能量最低的原子軌道，使整個(gè)原子的能量最低。
實(shí)際上，整個(gè)原子的能量是由核電荷數(shù)、電子數(shù)和電子狀態(tài)三個(gè)因素共同決定。
當(dāng)相鄰能級(jí)能量差別不大時(shí)，有1-2個(gè)電子填入能量稍高的能級(jí)可能反而降低電子排斥能，進(jìn)而使原子整體能量最低。例如，所有副族元素的基態(tài)原子。
基態(tài)原子的核外電子排布遵循泡利原理、洪特規(guī)則和能量最低原理。
1.下列軌道表示式中哪個(gè)是氧的基態(tài)原子？為什么？
A.
B.
C.

2.下列原子或離子的電子排布式或軌道表示式正確的是________(填序號(hào)，下同)，違反能量最低原理的是____，違反洪特規(guī)則的是_____，違反泡利原理的是_____。
①Ca2＋：1s22s22p63s23p6 ②F－：1s22s23p6
③P：
④Fe：1s22s22p63s23p63d64s2 ⑤Mg2＋：1s22s22p6
⑥C：
①④⑤
②
③
⑥
任務(wù)三：總結(jié)基態(tài)原子核外電子排布的表示方法
表示方法 以硫(S)為例
原子結(jié)構(gòu)示意圖
電子式
電子排布式 電子排布式
簡(jiǎn)化電子排布式
價(jià)電子排布式
軌道表示式 軌道表示式
價(jià)電子軌道表示式
1s22s22p63s23p4
[Ne]3s23p4
3s23p4
1.下列化學(xué)用語的表達(dá)正確的是（ ）
A.原子核內(nèi)有10個(gè)中子的氧原子：
B.氯原子的結(jié)構(gòu)示意圖：
C.Fe3＋的最外層電子排布式：3s23p63d5
D.基態(tài)銅原子的價(jià)層電子軌道表示式：
C
2.按要求完成下列填空：
(1)11Na的電子排布式為____________；
(2)20Ca的價(jià)層電子排布式為____；
(3)35Br－的離子結(jié)構(gòu)示意圖為__________；
(4)8O的軌道表示式為__________________________；
(5)9F的價(jià)層軌道表示式為____________________。
1s22s22p63s1
4s2

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