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第2課時 原子結(jié)構(gòu)
第一章 原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)
溫故知新
依照構(gòu)造原理，寫出11-17號元素基態(tài)原子的簡化電子排布式
原子序數(shù) 元素符號 排布式
11 Na
12 Mg
13 Al
14 Si
15 P
16 S
17 Cl
[Ne]3s1
[Ne]3s23p2
[Ne]3s23p3
[Ne]3s23p4
[Ne]3s23p5
[Ne]3s23p1
[Ne]3s2
上述7種元素，他們的化合價與核外電子排布有何關(guān)系？
【思維啟迪】
三、構(gòu)造原理與電子排布式
對于Na、Mg、Al，它們在反應(yīng)中可以失去最外層的電子，形成帶1、2、3個正電荷的陽離子，故顯+1、+2、+3價。
對于非金屬元素，它們在反應(yīng)中可以得到電子或者與其他原子共用電子。Si可以顯+4或-4價，P可以顯-3或+5價，S可以顯-2或+6價，Cl可以顯-1或+7價。
主族元素陽離子的最高正價 = 最外層電子數(shù)
非金屬元素的最高正價 = 最外層電子數(shù)（除O、F外）
非金屬元素的最低負(fù)價 = 最外層電子數(shù)- 8
三、構(gòu)造原理與電子排布式
3.價電子
為突出化合價與電子排布的關(guān)系，將在反應(yīng)中可能發(fā)生電子變動的能級稱為價電子層（簡稱價層）。在相應(yīng)能級上的電子稱為價電子。
（1）請查閱書末元素周期表中的價層電子排布，歸納主族元素和過渡元素的價電子層分別有什么特點？
【深度思考】
三、構(gòu)造原理與電子排布式
主族元素的價層電子就是最外層電子
過渡元素的價層電子包括最外層的s電子，次外層的d電子對于鑭系、錒系還包括倒數(shù)第三層的f電子
（2）請查閱書末元素周期表中的價層電子排布，主族元素、副族元素的族序數(shù)與價電子總數(shù)有怎樣的關(guān)系？
【深度思考】
三、構(gòu)造原理與電子排布式
對于主族元素，價層電子總數(shù)與主族序數(shù)相同。
對于副族元素，IIIB——VIIB族元素的價層電子總數(shù)與副族序數(shù)相同。
IB、IIB族元素的價層電子中s能級的電子數(shù)與副族序數(shù)相同。
1.電子云
原子核外電子的運動狀態(tài)是怎樣的？
1913年，玻爾提出了原子模型，其模型的要點包含：
當(dāng)原子只有一個電子時，電子沿特定球形軌道運轉(zhuǎn)；
當(dāng)原子有多個電子時，它們將分布在多個球殼中繞核運動。
不同的電子運轉(zhuǎn)軌道是具有一定能級差的穩(wěn)定軌道。
1926年，該模型被量子力學(xué)推翻。
四、電子云與原子軌道
1.電子云
原子核外電子的運動狀態(tài)是怎樣的？
量子力學(xué)指出，電子在核外空間各處都可能出現(xiàn)，但是出現(xiàn)的概率不同。
沒有確定的 “運動軌跡”
四、電子云與原子軌道
電子在某區(qū)域出現(xiàn)的機會稱為概率（P），在某區(qū)域單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率則稱為概率密度（/V）。
1.電子云
四、電子云與原子軌道
氫原子的1s電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布圖
圖中的每個小白點是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。
（1）氫原子的1s電子云中有許許多多的小點，這些小點表示氫原子的電子么？
【思維啟迪】
四、電子云與原子軌道
氫原子只有一個電子，可見這些小點不是電子本身，而是1s電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度的形象表述。
（2）不確定性原理指出，無法知道某一時刻電子的準(zhǔn)確的位置和速率，也無法預(yù)測之后的運動軌跡。那運用什么樣的手段研究這種充滿“隨機性”的運動呢？
【思維啟迪】
四、電子云與原子軌道
單次的運動無規(guī)律，人們通過統(tǒng)計學(xué)的手段，記錄下一段時間電子的情況，把不同時刻（瞬間）的電子在空間所處位置的圖像疊加起來（統(tǒng)計），就得到了“電子云”。
三、構(gòu)造原理與電子排布式
瞬間
統(tǒng)計
瞬間
統(tǒng)計
1.電子云
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)能用高分辨率的顯微鏡觀察到電子云的圖像
四、電子云與原子軌道
（1）宏觀物體的速率和它所處的位置是能夠同時準(zhǔn)確測定的，即人們能追蹤宏觀物體的運動軌跡。但是對微觀粒子而言，人們不能同時準(zhǔn)確地測定它的位置和速率。
（2）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)。我們用統(tǒng)計的方法來判斷電子在核外空間某區(qū)域出現(xiàn)機會的多少。
【總結(jié)】
三、構(gòu)造原理與電子排布式
2.電子云輪廓圖
電子云圖繪制困難，使用不便，常使用電子云輪廓圖表達(dá)。
電子云輪廓圖可以形象的表示電子云的形狀。
四、電子云與原子軌道
2.電子云輪廓圖
觀察同一原子中s電子的1s、2s、3s、4s電子云輪廓圖，他們之間有何異同？
四、電子云與原子軌道
1s
2s
3s
4s
s電子云都是球形的；
同一原子的能層越高，s電子云的半徑越大。
4s的空間包含了3s，3s包含了2s，2s包含了1s。
2.電子云輪廓圖
其他類型的電子云，如p、d電子云，它們的電子云輪廓圖都有特征的形狀。
四、電子云與原子軌道
p電子云輪廓圖
啞鈴狀
d電子云輪廓圖
花瓣狀
2.電子云輪廓圖
2p的電子云包含3個互相垂直的電子云，依據(jù)他們在直角坐標(biāo)系空間的延伸方向，分別稱為px、py、pz。例如px表示沿著x軸伸展的啞鈴狀的p電子云。
四、電子云與原子軌道
px
py
pz
2.電子云輪廓圖
其他能層的p軌道，如3p、4p等，包含的電子云數(shù)量及他們的空間伸展方向與2p相同，只是彌散程度不同。這種關(guān)系與s電子云之間的關(guān)系類似。
四、電子云與原子軌道
px
py
pz
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。
注意：這里的“軌道”借用了宏觀世界物體運動中“軌道”一詞，但內(nèi)涵完全不同。電子的運動狀態(tài)、規(guī)律與宏觀世界我們見到的均不同。電子不會按照某個既定的“軌道”去運動的。
同一能級包含的若干條軌道能量完全相同，只是空間伸展方向不同。
四、電子云與原子軌道
3.原子軌道
四、電子云與原子軌道
觀察上面的表格，你能發(fā)現(xiàn)你能發(fā)現(xiàn)能層、能級和軌道數(shù)之間的什么規(guī)律？
【思維啟迪】
四、電子云與原子軌道
第n能層包含的能級數(shù)為n，軌道總數(shù)為n2
第n能層最大可容納電子數(shù)為2n2，恰好為軌道數(shù)的2倍，你能得出什么結(jié)論？
每個軌道最多可容納的電子數(shù)為2
課堂小結(jié)
1.價電子：為突出化合價與電子排布的關(guān)系，將在反應(yīng)中可能發(fā)生電子變動的能級稱為價電子層（簡稱價層）。在相應(yīng)能級上的電子稱為價電子。價電子與元素的化合價密切相關(guān)。
3.原子軌道：不同能層、不同能級包含了數(shù)量不同，形狀不同的若干條軌道。第n能層包含了n個能級，軌道總數(shù)為n2。s能級有一條軌道，p能級有三條軌道，d能級有五條軌道。每個軌道最多能容納2個電子。
2.電子云：
（1）對微觀粒子而言，人們不能同時準(zhǔn)確地測定它的位置和速率。
（2）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)。
（3）s電子云是球形的，p電子云是啞鈴狀的；p的電子云可以沿著不同的空間方向伸展，彼此垂直。
（1）從空間角度看，2s軌道比1s軌道大，其空間包含了1s軌道。（ ）
（2）p能級能量一定比s能級的能量高。（ ）
（3）2p、3p、4p能級的軌道數(shù)依次增多。（ ）
（4）2p和3p軌道形狀均為啞鈴形。（ ）
（5）2px、2py、2pz軌道相互垂直，但能量相等。（ ）
【判斷正誤】
√
×
×
√
課堂練習(xí)
√
解析　第一能層只有1s軌道，其他能層均有p軌道
下列各能層中不包含p能級的是__________。
A. N B. M C. L D. K
D
課堂練習(xí)
解析　s能級是所有能層都包含的能級，而d能級從第三能層才出現(xiàn)，即3d，f能層從第四能層才出現(xiàn)，即4d，第一能層僅包含1s。
2. 以下能級符號正確的是__________。
A. 6s B. 2d C. 3f D. 1p
課堂練習(xí)
A
解析　s、p、d、f能級所包含的軌道數(shù)分別為1、3、5、7。
3. 下列個能級中軌道數(shù)為3的是__________。
A. s B. p C. d D. f
課堂練習(xí)
B
解析　B中3p2表示3p能級上填充了2個電子。C中3s電子表示第三能層的s能級，能層數(shù)越大，代表電子離原子核越遠(yuǎn)，電子所具有的能量越高。相同符號對應(yīng)的能級包含的軌道數(shù)必定相同。
4. 下列說法中，正確的是__________。
A. 處于最低能量的原子叫做基態(tài)原子
B. 3p2表示3p能級有兩個軌道
C. 同一原子中，1s、2s、3s電子的能量逐漸減小
D. 2p、3p、4p能級的軌道數(shù)依次增多
課堂練習(xí)
A
解析　B中所有電子層的能級都是s能級開始，但是結(jié)束的能級不同，第二能層是到2p能級結(jié)束，第三能層是到3d能級結(jié)束，第四能層是到4f能級結(jié)束。C中相同符號對應(yīng)的能級包含的軌道數(shù)必定相同。各電子層含有的原子軌道數(shù)為n2
5. 下列敘述中，正確的是__________。
A. s、p、d 能級所含有的原子軌道數(shù)分別為1、3、5
B. 各電子層的能級都是從s能級開始，到f能級結(jié)束
C. 不同的電子層所含的s能級的原子軌道數(shù)是不同的
D. 各電子層含有的原子軌道數(shù)為2n2
課堂練習(xí)
A

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