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第一章
第二節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)
0
第4課時(shí)：泡利原理、洪特規(guī)則
能層 K L M N O
能級(jí) 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p ...
最多電子數(shù) 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6
原子軌道數(shù) 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 1 3
想一想：每個(gè)原子軌道最多只能容納 個(gè)電子
2
兩個(gè)電子容納在一個(gè)軌道里，也就意味著，它們的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是相同的。為什么每個(gè)原子軌道中最多可容納兩個(gè)電子？這兩個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有差異嗎？
斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)
在斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了銀原子束經(jīng)過(guò)不均勻磁場(chǎng)，產(chǎn)生了偏轉(zhuǎn)，并最終在屏幕垂直方向上，形成了兩個(gè)上下對(duì)稱(chēng)的非連續(xù)分布。至此，所有的粒子從理論上就都有了——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(chēng)自旋相反，常用上下箭頭( “↑”“↓” )表示自旋相反的電子。
電子自旋
1925 年，泡利正式提出，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，這個(gè)原理被稱(chēng)為泡利原理(泡利不相容原理)。
物理史上最囂張的論文——1頁(yè)
1925年，兩個(gè)物理研究生，竟然搞出了電子自旋的概念，認(rèn)為契合了天才泡利的預(yù)測(cè)，于是就整出了1頁(yè)的論文。沒(méi)想到的是，這個(gè)理論竟然違背了愛(ài)因斯坦相對(duì)論，其速度居然達(dá)到了光速10倍，偏偏還是對(duì)的！他們分別叫，烏侖貝克和高斯密特。
(左烏倫貝克，右古德斯米特，拍攝時(shí)間約為 1928 年)
1927年10月，第五屆索爾維會(huì)議，泡利是年齡最小的頂級(jí)科學(xué)家
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
1. 電子自旋和泡利原理
1）自旋
電子自旋在空間有________________兩種取向，簡(jiǎn)稱(chēng)___________。
自旋相反
常用上下箭頭（ “↑”“↓” ）表示
順時(shí)針和逆時(shí)針
泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理
②電子能量與能層、能級(jí)有關(guān)，電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與原子軌道有關(guān)，能層、能級(jí)、原子軌道和自旋狀態(tài)四個(gè)方面共同決定電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
③一個(gè)原子中不可能存在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的2個(gè)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。
注意：
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
1.電子自旋和泡利原理
1）自旋
在一個(gè)原子軌道里：最多只能容納______個(gè)電子，它們的自旋________
2
相反
泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理
填多少
2）泡利原理
這個(gè)原理被稱(chēng)為泡利原理（也稱(chēng)泡利不相容原理）。
如2s2的電子排布圖為 ,不能表示為 。
H 1s1
O 1s22s22p4
H
原子軌道
簡(jiǎn)并軌道：能量相同的原子軌道
電子對(duì)
單電子(未成對(duì)電子)
自旋平行
能級(jí)符號(hào)
軌道表示式（電子排布圖）：是表述電子排布的一種圖示。
2.電子排布的軌道表示式
泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理
(1)用□或〇代表一個(gè)原子軌道，能量相同的原子軌道（簡(jiǎn)并軌道）的方框相連。不同能級(jí)中的□要相互分開(kāi)。
(2)整個(gè)電子排布圖中各能級(jí)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(jí)符號(hào)。
(3)箭頭表示一種自旋狀態(tài)的電子，一個(gè)箭頭表示一個(gè)電子，↓↑”稱(chēng)電子對(duì) ，“↑”或“↓”表示單電子（或稱(chēng)未成對(duì)電子），箭頭同向的單電子稱(chēng)自旋平行。
H
H 1s1
O 1s22s22p4
(5)有時(shí)畫(huà)出的能級(jí)上下錯(cuò)落，以表達(dá)能量高低不同。
2.電子排布的軌道表示式
泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理
Li
1s
↑↓
↑
2s
Be
1s
↑↓
↑↓
2s
B
1s
↑
↑↓
↑↓
2s
2p
請(qǐng)寫(xiě)出Li、Be、B的軌道表示式。
課堂練習(xí)
“先打單，再成雙”
“打單要平行，成雙要相反”
同一個(gè)原子軌道
只有一個(gè)電子
2
1
B
1s
↑
↑↓
↑↓
2s
2p
電子對(duì)
自旋方向相反的一對(duì)電子
單電子
B 原子中: 有 對(duì)電子對(duì)，有 個(gè)單電子。
2.電子排布的軌道表示式
泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理
自旋平行
箭頭同向的單電子稱(chēng)為自旋平行
簡(jiǎn)并軌道
能量相同的原子軌道
有 種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有 種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子。
3
5
B
1s
↑
↑↓
↑↓
2s
2p
軌道數(shù)
電子數(shù)
2.電子排布的軌道表示式
泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理
練一練：1.請(qǐng)畫(huà)出鋁原子的軌道表示式
鋁原子外層有 個(gè)電子對(duì)，
有 個(gè)單電子。
電子有 種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有 種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子。
13
1
7
6
2.下列基態(tài)碳原子的軌道表示式哪個(gè)是正確的？
① C
1s
↑↓
↑↓
↑↓
2s
2p
② C
1s
↑↑
↑↓
↑↓
2s
2p
2p
③ C
↑
1s
↑
↑↓
↑↓
2s
2p
④ C
↓
1s
↑
↑↓
↑↓
2s
√
3.（2009-上海）以下表示氦原子結(jié)構(gòu)的化學(xué)用語(yǔ)中，對(duì)電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)描述最詳盡的是
A. He B． C．1s2 D．
怎么填
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。
(能量相同的原子軌道)
（自旋方向相同）
2p3的電子排布圖
√
泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理
3.洪特規(guī)則
C ：1s2 2s22p2
√
洪特規(guī)則是針對(duì)電子填入簡(jiǎn)并軌道而言的, 并不適用于電子填入能量不同的軌道。
↑↓
Li
Be
B
C
↑↓
1s
2s
↑↓
↑
↑↓
↑↓
1s
2s
↑
2p
↑↓
↑↓
1s
2s
↑
↑
2p
1s
2s
N
O
↑↓
↑↓
1s
2s
↑
↑
↑
2p
↑↓
↑↓
1s
2s
↑
↑
↑
↓
2p
F
Ne
↑
↑
↑
↓
↓
↑↓
1s
2s
2p
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
↑
↑
↑
↓
↓
↓
↑↓
第二周期元素原子的電子排布圖（即軌道表示式）
洪特規(guī)則特例*
光譜實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)
能量相同的簡(jiǎn)并軌道在______、_____和_______條件時(shí)，體系能量較低，原子較穩(wěn)定。
全滿
半滿
全空
3d 4s
↑
Cr
↑
↑
↑
↑
↑
半充滿狀態(tài)
怎么填
泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理
3.洪特規(guī)則
3d 4s
↑↓
↑↓
↑
↑↓
↑↓
↑↓
全充滿狀態(tài)
Cu
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。
整個(gè)原子的能量由核電荷數(shù)、電子數(shù)和電子狀態(tài)三個(gè)因素共同決定。
自然界的普適規(guī)律
泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理
4.能量最低原理
能量最低原理的補(bǔ)充：
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。
內(nèi)容：
因素：
鐵原子的電子排布圖
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
↑
↑
洪特規(guī)則
泡利原理
能量最低原理
1s
2s
2p
3p
3d
3s
4s
結(jié)論：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。
違背任意一個(gè)，能量就不是最低，就不是基態(tài)。
【思考與討論】 課本P16
（1）為什么基態(tài)氦原子的電子排布是1s2而不是1s12s1
（3）為什么基態(tài)Sc的價(jià)層電子排布是3d14s2，而不是4s3？
不滿足能量最低原理
不滿足洪特規(guī)則
不滿足泡利原理
（2）為什么基態(tài)氮原子的軌道表示式是 ，而不是
？
【練一練】寫(xiě)出15P、25Mn的軌道表示式，并按要求填空。
15P：
，
有 對(duì)電子對(duì)，有 個(gè)單電子。
25Mn：
________________________________________________________________，
有 種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有 個(gè)單電子，屬于半充滿。
6
3
15
5
表示方法
原子結(jié)構(gòu)示意圖
電子式
電子排布式
簡(jiǎn)化電子排布式
價(jià)電子排布式
電子排布圖 (軌道表示式）
價(jià)電子排布圖
以硫(S)為舉例
S：1s22s22p63s23p4
[Ne]3s23p4
S：3s23p4
歸納一：基態(tài)原子核外電子排布的表示方法
S：
——七圖式
（1）有1個(gè)未成對(duì)電子：
（2）有2個(gè)未成對(duì)電子：
（3）有3個(gè)未成對(duì)電子：
（4）有4個(gè)未成對(duì)電子：
（5）有5個(gè)未成對(duì)電子：
（6）有6個(gè)未成對(duì)電子：
歸納二：1-36號(hào)元素中，原子核外未成對(duì)電子數(shù)與價(jià)電子排布之間的關(guān)系
ns1、ns2np1、ns2np5、3d14s2、3d104s1
ns2np2、ns2np4、3d24s2、3d84s2
ⅠA族(ns1：H、Li、Na、K)； ⅢA族(ns2np1：B、Al、Ga)；
ⅦA族(ns2np5：F、Cl、Br)； Sc、Cu。
ⅣA族(ns2np2：C、Si、Ge)； ⅥA族(ns2np4：O、S、Se)。Ti、Ni
ⅤA族(ns2np3：N、P、As)，V、Co。
Fe
Mn
Cr
ns2np3、3d34s2、3d74s2
3d64s2
3d54s2
3d54s1
練一練：在前四周期元素中，基態(tài)原子中未成對(duì)電子與其所在周期數(shù)相同的元素有幾種？( )
A. 6種 B. 5種 C. 4種 D. 3種
B
H C O P Fe
核外電子運(yùn)動(dòng)的基本特征
能層
能級(jí)
軌道
自旋
公轉(zhuǎn)
自轉(zhuǎn)
大范圍
小范圍
歸納三：基態(tài)原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述
電子能量與能層、能級(jí)有關(guān)
電子運(yùn)動(dòng)的空間范圍與原子軌道有關(guān)
第一節(jié)
原子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第4課時(shí)
電子排布的軌道表示式(電子排布圖)
核外電子在原子軌道中的排布規(guī)律
電子排布式與軌道表示式的比較
排布規(guī)律一：泡利原理
排布規(guī)律二：洪特規(guī)則
排布規(guī)律三：能量最低原理
簡(jiǎn)并軌道
電子對(duì)
單電子
自旋平行
用方框表示原子軌道，在方框的下方用能級(jí)符號(hào)表示軌道所屬能級(jí)
課堂小結(jié)
1.下列原子的軌道表示式中，符合洪特規(guī)則的是( )
A. B.
C. D.
C
2.下列有關(guān)化學(xué)用語(yǔ)中不能體現(xiàn)氮原子核外電子能量有差異的是( )
A. B.
C. D.1s22s22p3
A
課堂練習(xí)
3.24Cr原子處于基態(tài)時(shí)，價(jià)電子排布可用軌道表示式表示成
，而不是 。
下列說(shuō)法中正確的是( )
A.這兩種排布方式都符合能量最低原理
B.這兩種排布方式都符合泡利原理
C.這兩種排布方式都符合洪特規(guī)則
D.這個(gè)實(shí)例說(shuō)明洪特規(guī)則有時(shí)候和能量最低原理是矛盾的
B
課堂練習(xí)
4.下列關(guān)于硅原子的核外電子排布表示方法中，錯(cuò)誤的是( )
A.1s22s22p63s23p2
B.[Ne]3s23p2
C.
D.
C
5.在短周期元素中，元素的基態(tài)原子核外未成對(duì)電子數(shù)等于能層數(shù)的元素有a種，元素的基態(tài)原子最外層電子數(shù)是未成對(duì)電子數(shù)2倍的元素有b種，則a∶b的值為( )
A.1 B.2 C.3 D.4
B
課堂練習(xí)
6.下列各組原子中，彼此化學(xué)性質(zhì)一定相似的是( )
A.原子核外L能層的未成對(duì)電子數(shù)與M能層的未成對(duì)電子數(shù)相等的原子
B.原子核外M層上僅有兩個(gè)電子的X原子與原子核外N層上僅有兩個(gè)電子
的Y原子
C.2p能級(jí)只有1個(gè)空軌道的X原子和3p能級(jí)只有1個(gè)空軌道的Y原子
D.最外層都只有一個(gè)電子的X、Y原子
C
課堂練習(xí)
7.(1)氧元素基態(tài)原子核外未成對(duì)電子數(shù)為_(kāi)___個(gè)，第三周期中有兩個(gè)成單電子的元素符號(hào)________(填一種即可)，M層上有2對(duì)成對(duì)電子的原子最外層共有___種不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子。
2
Si(或S)
6
(2)1～36號(hào)元素原子中未成對(duì)電子數(shù)為2的元素符號(hào)及價(jià)電子排布式：____________________________________________________________________________________________________________________________________
C：2s22p2，Si：3s23p2，Ge：4s24p2，O：2s22p4，S：3s23p4，Se：4s24p4，
Ti：3d24s2，Ni：3d84s2
(3)某元素的原子序數(shù)為33，該元素原子的價(jià)電子排布式為_(kāi)_____，該元素原子核外有___個(gè)能層，___個(gè)能級(jí)，___個(gè)原子軌道，有___個(gè)單電子。
4s24p3
4
8
18
3
課堂練習(xí)
8.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
⑥
②
③
課堂練習(xí)
THANKS
謝謝聆聽(tīng)

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