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(共42張PPT)
選擇性必修2：物質結構基礎
1、鐵易生銹，真金不怕火煉;
2、O2和O3是同素異形體，空氣中的O2是須臾不能離開的，而空氣中的O3多于1.2mg/L則有害；
3、CO易燃，CO2卻能滅火；
4、分子式為C2H6O的物質可能
有圖示兩種結構，前者與水互溶
而后者不能；
思考：
物質的組成與結構決定物質性質與變化的
思考：
物質的組成與結構決定物質性質與變化的
右圖兩種物質：前者是第一種用醫學的磺胺藥，為什么服用此藥后可殺死細菌？
左圖是鮑魚及其剖面圖，圖中標出了它的兩層不同結構的殼。
分子結構
原子結構
晶體結構
結構
性質
決定
可見：
第一章 原子結構與性質
人類認識原子過程
道爾頓
近代原子學說
1913年
氫原子模型
1920年
玻爾
玻爾
構造原理
1869年
門捷列夫
元素周期律
19世紀初
馬德龍
完整的構造原理
1936年
即從氫開始，隨核電荷數遞增，新增電子填入原子核外“殼層”的順序，由此開啟了用原子結構解釋元素周期律的篇章。
5年后，玻爾的“殼層”落實為“能層”與“能級”，厘清了核外電子的可能狀態，復雜的原子光譜得以詮釋。
以原子光譜為事實依據
隨著現代科學技術的發展，我們現在所學習的科學理論，還會隨著人類對客觀事物的認識而不斷地深入和發展。
數學之概率小游戲：
n：n=1、2、3、4、5、6、7……
l：l=0、1、 2、 3、（n-1） ……
m：m=0、±1、 ± 2、 ± 3、 ±l ……
當n=1時，
當n=2時
0；
0
l=
m=
0；
0
l=
m=
1；
0
± 1
l=
m=
當n=3時
0；
0
l=
m=
1；
0
± 1
l=
m=
2；
0
± 1
±2
l=
m=
1、原子核外電子排布
①能層：
n
n= 1、2、3、4、5、6、7……
K、 L、 M、N、O、P、 Q……
每層所能容納的最大電子數為2n2；
能量由低到高
E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)
1、原子核外電子排布
②能級：
l
l= 0、1、2、3、4、5、6……
s、 p、d、f、 g ……
每能層所含有的能級數為能層序數；
1s、2s、2p、3s、3p、3d、……
能量由低到高
③軌道：
m
m= 0、±1、 ± 2、 ± 3、……
即：s能級有 個軌道；p能級有 個軌道；d能級有 個軌道；
則：
第一能層有 個能級， 為 ；共有 個軌道；
第二能層有 個能級，分別為 ；共有 個軌道；
第三能層有 個能級，分別為 ；共有 個軌道；
1
1
2
3s、3p、3d
3
2s、2p
1s
4
9
可見：每一能層所含有的軌道數為能層序數的平方，即n2；
注意：同一能級中的相同能量軌道也稱為簡并軌道；
1
3
5
1、原子核外電子排布
④自旋量子數：
ms
用↑↓表示
可見：每個軌道只能容納兩個電子，且自旋反向；
上知：每個能層有n2個軌道，
則每個能層最多容納2n2個電子
泡里原理：
在一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，而且它們的自旋狀態相反；
1、原子核外電子排布
C: Cl: Ca:
1、原子核外電子排布
判斷能量高低的方法:主要由能層和能級決定
(3)當能級符號相同時,能層序數越大,能量越高,
例如E1s(1)首先看能層,一般能層序數越大,能量越高。
(2)再看能級,同一能層中的各能級,能量由低到高的順序是ns注意：
a、構造原理：
2、原子核外電子的排布規律
能級交錯
b、電子排布式
請大家嘗試書寫1—36號元素電子排布式：
2、原子核外電子的排布規律
思考：經過翻閱周期表，24號和29號元素電子排布與預期不同，原因呢？
小結：
（2）少數元素的基態原子的電子排布，它們對于構造原理有1個電子的偏差。因為能量相同的原子軌道在全充滿(如p6和d10)、半充滿(如p3和d5)和全空(如p0和d0)狀態時，體系的能量較低，原子較穩定。
（1）絕大多數元素原子的核外電子排布，都是按照構造原理中的能級順序依次進入原子軌道，而使整個原子處于能量最低狀態，稱之為基態。（能量最低原理）
請大家重新默背1—36號元素電子排布式：
全滿、半滿、全空更穩定
2、原子核外電子的排布規律
請問，周期表中為什么電子排布式沒有寫完整？
Na：
[Ne]3s1
Fe：
[Ar]3d64s2
請大家再次默寫1—36號元素電子排布簡式：
上式方括號里的符號的意義是：
該元素前一個周期的惰性氣體電子排布結構；
2、原子核外電子的排布規律
c、電子排布簡式
d、軌道表示式 （電子排布圖）
用方框表示原子軌道，用箭頭表示電子；
N：
Ca：
請大家書寫第二周期原子電子排布圖；
洪特規則：
當電子排布在同一能級的不同軌道時，基態原子中的電子總是優先單獨占據一個軌道，且自旋狀態相同；
K：
2、原子核外電子的排布規律
（1）基態與激發態
生活中，我們看到的許多可見光，都與原子核外電子躍遷釋放能量有關。
3、光譜相關問題
光（輻射）是電子躍遷釋放能量的重要形式。
一般在能量相近的能級間發生電子躍遷。如1s22s22p2 表示基態碳原子，1s22s12p3為激發態碳原子（電子數不變）。
激發態原子不穩定，易釋放能量變為基態原子。激發態原子釋放能量變為基態原子時，其能量可轉化為可見光，如：焰火、激光、霓虹燈……
（1）基態與激發態
3、光譜相關問題
原子
基態原子
激發態原子
吸收能量
釋放能量
處于最低能量
處于較高能量
特別提醒:
電子的躍遷是物理變化（未發生電子轉移），而原子得失電子時發生的是化學變化。
（1）基態與激發態
3、光譜相關問題
（2）原子光譜
3、光譜相關問題
不同元素的原子發生躍遷時會吸收或釋放不同的光，可以用光譜儀攝取各種元素的電子的吸收光譜或發射光譜，總稱原子光譜。
光譜：按照一定能量次序排列的光帶。
可見光光譜：可以被人眼觀察的光帶。
歷史上，許多元素是通過原子光譜發現的
（2）原子光譜
3、光譜相關問題
鋰、氦、汞的吸收光譜
鋰、氦、汞的發射光譜
特征:暗背景, 亮線,
線狀不連續
特征:亮背景, 暗線,
線狀不連續
He 氦
① 發現新元素
（3）原子光譜應用
3、光譜相關問題
② 檢驗元素
（3）原子光譜應用
3、光譜相關問題
不同元素的焰色試驗
金屬原子中,核外電子按
一定軌道順序排列,軌道離核
越遠,能量越高。灼(燃)燒時,
電子獲得能量,能量較低的電子發生躍遷,從基態變為激發態。隨即電子又從能量較高的激發態躍遷到能量較低的激發態乃至基態,便以光(輻射)的形式釋放能量,形成不同的焰色。
③ 生產生活
（3）原子光譜應用
3、光譜相關問題
節日燃放的焰火與金屬內層的電子躍遷有關
激光的產生與電子受激躍遷有關
(1)____________________________________________________,
簡稱能量最低原理。_________________________叫做基態原子
(2)當基態原子的電子吸收能量后，電子會______________，變成激發態原子。電子從較高能量的激發態躍遷到較低能量的激發態乃至基態時，將_________能量。光（輻射）是電子___________能量的重要形式之一。
原子的電子排布遵循構造原理能使整個原子的能量處于最低狀態，
處于最低能量的原子
躍遷到較高能級
釋放
釋放
(3)不同元素的原子發生躍遷時會吸收或釋放不同的光，可以用光譜儀攝取各種元素的電子的________光譜或__________光譜，總稱_______光譜。許多元素是通過原子光譜發現的。在現代化學中，常利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素，稱為________。
吸收
發射
原子
光譜分析
練習：
4、電子云與原子軌道
宏觀微觀的差距；
宏觀物體的運動特征：
可以準確地測出它們在某一時刻所處的位置及運行的速度；可以描畫它們的運動軌跡。
微觀物體的運動特征：
核外電子質量小，運動空間小，運動速率大，無確定的軌道，無法描述其運動軌跡，無法計算電子在某一刻所在的位置，只能指出其在核外空間某處出現的機會的多少。
4、電子云與原子軌道
氫原子的1s電子在原子核外出現的概率分布圖
小點是1s電子在原子核外出現外出現的概率密度的形象描述
小點越密，表明概率密度越大
概率密度：

P表示電子在某處出現的概率；
V表示該處的體積；
4、電子云與原子軌道
由于核外電子的概率密度分布看起來像一片云霧，因而被形象地稱為電子云
電子云是處于一定空間運動狀態的電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述；
1、電子云
電子云圖很難繪制，使用不便，我們常使用電子云輪廓圖
電子云輪廓圖的繪制過程
將出現概率90%的空間圈出來
4、電子云與原子軌道
相同原子的s電子的電子云輪廓圖
（1）不同能級s電子的電子云形狀
一致，均為球形。
（2）能層越高，s電子的電子云半徑越大。
原因：由于電子能量依次增高，電子在離核更遠的區域出現的概率增大，電子云越來越向更大的空間擴展
1、電子云
4、電子云與原子軌道
2、原子軌道
電子在原子核外的一個空間運動狀態稱為一個原子軌道。
s能級的原子軌道呈球形對稱（原子核位于球心），能層序數越大，原子軌道的半徑越大。
4、電子云與原子軌道
2、原子軌道
p能級的原子軌道是什么形狀？
4、電子云與原子軌道
2、原子軌道
p電子的原子軌道呈啞鈴狀。
p能級有三個原子軌道，它們互相垂直，分別以px、py、pz表示，
同一能層中px、py、pz的能量相同（簡并軌道）。
4、電子云與原子軌道
2、原子軌道
d電子的原子軌道（5個）
4、電子云與原子軌道
2、原子軌道
f電子的原子
軌道（7個）
g軌道呢（？個）
泡利原理的研究史
為什么每個原子軌道中最多可容納兩個電子，那么這兩個電子的運動狀態有什么差異呢？
鈉原子光譜實驗
只有1個最外層電子的堿金屬原子光譜為什么會在光譜里呈現雙線？
為什么只有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？
斯特恩-蓋拉赫實驗
泡
利
原
理
1925年，烏倫貝克和哥德斯密根據實驗事實提出假設：電子除了空間運動狀態外，還存在一種運動狀態叫自旋。
后來，人們認識到，自旋是微觀粒子普遍存在的一種如同電荷、質量一樣的內在屬性。
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。
泡利原理的研究史
1925年，泡利正式提出，在一個原子軌道里，最多只能容內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）。
能層、能級、原子軌道和自旋狀態四個方面共同決定電子的運動狀態，電子能量與能層、能級有關，電子運動的空間范圍與原子軌道有關
一個原子中不可能存在運動狀態完全相同的2個電子
沒有泡利原理，復雜的原子光譜無法得到詮釋，以光譜事實為基礎的構造原理也無法建立。電子自旋可以幫助我們理解物質的磁性本質。
如2s2的電子排布圖為 ,不能表示為 。
泡利原理的研究史
1925年，洪特根據多電子原子的原子光譜正式提出洪特規則：基態原子中，填入簡并軌道的電子總是優先以自旋平行的方式分別占據不同軌道。
如：2p3的電子排布為 ，
不能為
洪特規則不僅適用于基態原子，也適用于基態離子
洪特規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
洪特規則
有少數元素的基態原子的電子排布對于構造原理有1個電子的偏差。因為能量相同的原子軌道在全充滿、半充滿、 全空狀態時，體系的能量較低，原子較穩定。
相對穩定的狀態
全充滿：p6、d10、f14
半充滿:p3、d5、f7
全空:p0、d0、f0
當原子軌道為全空、半充滿或全充滿時，這些狀態下總的電子云的分布是空間對稱的，原子體系的能量低，原子的電子排布最穩定。
洪特規則
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；但當相鄰能級能量差別不大時，有1～2個電子填入能量稍高的能級可能反而降低電子排斥能，進而使原子整體能量最低。例如所有副族元素的基態原子。
實際上，整個原子的能量是由核電荷數、電子數和電子狀態三個因素共同決定。
在構建基態原子時，電子將盡可能地占據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
能量最低原理—自然界普適
能級的能量高低順序如構造原理所示,
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。
能量最低原理—自然界普適

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