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(共32張PPT)
電子云與原子軌道
泡利原理
洪特規則
能量最低原理
第一章 原子結構與性質
1.知道電子的運動狀態(空間分布及能量)可通過原子軌道和電子云模型來描述。
2.認識基態原子中核外電子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特規則，
3.能寫出1~36號元素基態原子的軌道表示式，初步學會運用模型解決實際問題。
+
1913年，玻爾提出氫原子模型，電子在 上繞核運行。
線性軌道
只限于解釋氫原子或類氫原子（單電子）的光譜
無法較好解釋多電子原子的光譜
1926年，玻爾建立的線性軌道模型被量子力學推翻。
量子力學指出：一定空間運動狀態的電子并不在玻爾假設的線性軌道上運動，而是在核外空間各處都可能出現。
我們不可能同時準確地測定一個核外電子在某一瞬間所處的位置和運動速率，但我們可以用統計的方法來判斷電子在核外空間某區域出現機會的多少。
——核外電子運動空間的不確定性與概率
一、電子云與原子軌道
量子力學指出，一定空間運動狀態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，但出現的概率不同，可以算出它們的概率密度分布。
1.概率密度
公式: ρ =
（電子在某處出現的概率）
（該處的體積）
小點是1s電子在原子核外出現的概率密度的形象描述
氫原子1s電子的概率密度分布圖
①小黑點表示電子在原子核外出現的概率密度。
②小點越密，表明概率密度越大。
③電子云圖很難繪制，使用不方便，故常使用電子云輪廓圖。
2.電子云
3.電子云輪廓圖
將電子在原子核外空間出現的概率P＝90% 的空間圈出來，繪制電子云的輪廓圖，便可描繪電子云的形狀。
氫原子的1s電子云輪廓繪制過程
x
y
z
4.原子軌道
量子力學把電子在原子核外的一個空間運動狀態稱為一個原子軌道。
→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
s電子的原子軌道呈球形，能層序數越大，原子軌道的半徑越大。
在空間有1個伸展方向，故s電子只有1個原子軌道。
x
y
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
1s
2s
3s
4s
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電子有3個原子軌道px、py、pz。
（能量相同的軌道稱為簡并軌道）
d軌道：
d軌道在空間有__個伸展方向，即d軌道共__個軌道。
5
5
f軌道：
f軌道形狀更復雜，在空間有7個伸展方向，即f軌道共7個軌道。
表1-2 不同能層的能級、原子軌道
能層 能級 原子軌道數 原子軌道名稱 電子云輪廓圖 形狀 取向
K 1s 1 1s 球形 ——
L 2s 1 2s 球形 ——
2p 3 2px、2py、2pz 啞鈴形 相互垂直
M 3s 1 3s 球形 ——
3p 3 3px、3py、3pz 啞鈴形 相互垂直
3d 5 —— ——
N 4s 1 4s 球形 ——
4p 3 4px、4py、4pz 啞鈴形 相互垂直
4d 5 —— —— ——
4f 7 —— —— ——
4
9
2
3
4
16
原子軌道數與能層序數(n)的關系：原子軌道數目＝n2
①在原子中第n能層，電子占有的軌道數最多為n2。 (　　)
②同一原子中的npx與npy軌道形狀相同，半徑相同且在空間相互垂直。(　　)
③電子云圖中小黑點密度的大小可表示電子的多少。(　　)
④p軌道呈啞鈴形,因此p軌道上的電子運動軌跡呈啞鈴形。(　　)
⑤2p、3p、4p能級的軌道數依次增多( )
1.判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
2.圖1和圖2分別是1s電子的概率密度分布圖和原子軌道圖。下列有關說法正確的是( )
A、圖1中的每個小黑點表示1個電子
B、圖2表示1s電子只能在球體內出現
C、圖2表明1s軌道呈球形，有無數對稱軸
D、圖1中的小黑點表示電子在核外所處的位置
C
3.下列說法中正確的是（ ）
A. 1s22s12p1表示的是激發態原子的核外電子排布
B. 3p2表示3p能級有兩個原子軌道
C. 同一原子中，1s、2s、3s電子的能量逐漸減小
D. 同一原子中，2p、3p、4p能級中的軌道數依次增多
A
4.基態Si原子中，電子占據的最高能層符號為______，該能層具有的原子軌道數為____、電子數為_____。
9
4
M
5.3px所代表的含義是（ ）
A、px軌道上有3個電子
B、第三電子層px軌道有3個伸展方向
C、px電子云有3個伸展方向
D、第三電子層沿x軸方向伸展的P軌道
D
能層數 K L M N O P Q n
能級數 1 2 3 4 5 6 7
軌道數 1 4 9 16 25 36 49
最多容納電子數 2 8 18 32 50 72 98
n
n2
2n2
2個電子容納在同一個軌道里，它們的空間運動狀態是相同的。
【思考】為什么每個原子軌道中最多可容納2個電子？
這2個電子的運動狀態又是什么樣呢？
二、電子自旋與泡利原理
1.電子自旋
(1)定義：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。
(2)兩種取向：順時針和逆時針兩種取向（簡稱自旋相反）
符號表示：↑和↓表示自旋相反的電子
注：
（1）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。
（2）描述核外電子運動狀態的四個角度
①能層
②能級
③電子云空間伸展方向
④電子自旋狀態
原子軌道
（3）一個原子中不可能存在運動狀態完全相同的2個電子
1、某基態原子的核外電子排布式為[Ar]3d104s24p4，下列說法錯誤的是( )
A．該元素原子核外共有34個運動狀態不同的電子B．該元素原子的最高能層符號為N
C．該元素原子核外電子有18種空間運動狀態
D．該元素原子價層電子排布式為3d104s24p4
D
運動狀態=電子數
空間運動狀態=軌道數之和
2.泡利原理
填多少
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（也稱泡利不相容原理）
能級 s p d f
原子軌道數
最多容納電子數
如2s軌道上的電子排布為 ， 不能表示為 。
1
7
5
3
2
14
10
6
怎么填
當電子排布在同一能級的不同軌道時，總是優先單獨占據一個軌道，而且自旋狀態相同。
基態原子中，填入簡并軌道的電子總是先單獨分占，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
三、洪特規則
能量較低
狀態穩定
全充滿（p6，d10，f14）
全空時（p0，d0，f0 ）
半充滿（p3，d5，f7 ）
注：在簡并軌道上的電子排布處于全滿、半充滿、全空狀態，具有較低的能量和較大的穩定性。
Cr：1s22s22p63s23p63d44s2
Cu：1s22s22p63s23p63d94s2
Cr：1s22s22p63s23p63d54s1
Cu：1s22s22p63s23p63d104s1
√
√
總結：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。
軌道表示式（電子排布圖）：是表述電子排布的一種圖示。
H
H 1s1
O 1s22s22p4
原子軌道
簡并軌道：能量相同的原子軌道
電子對
單電子(未成對電子)
自旋平行
能級符號
3、通常應在方框下方或上方標記能級符號，有時畫出的能級上下錯落，以
表達能量高低不同。
不要標記電子數
注意：1、用□或〇代表一個原子軌道，能量相同的原子軌道的方框相連。在方框
的下方用能級符號表示軌道所屬能級。
2、各軌道按照離核由近到遠，從左到右依次排列。
1.下列軌道表示式中哪個是硼的基態原子？為什么？
↑↓
↑↓
↑
1s 2s 2p
√
根據泡利原理，在一個原子軌道，最多容納2個電子，且他們的自旋相反。
2.下列軌道表示式中哪個是氧的基態原子？為什么？
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑
1s 2s 2p
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↓
1s 2s 2p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
1s 2s 2p
√
根據洪特規則，基態原子里，填入簡并軌道的電子總是先單獨分占，且自旋平行。
四、能量最低原理
1、內容：在構建基態原子時，電子將盡可能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。
2、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)。
整個原子的能量由核電荷數、電子數和電子狀態三個因素共同決定。
3、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。
1.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，下同)，違反能量最低原理的是____，違反洪特規則的是____，違反泡利原理的是____。
① Ca2＋：1s22s22p63s23p6
② F－：1s22s23p6
③ P：
④ Fe：1s22s22p63s23p63d64s2
⑤ Mg2＋：1s22s22p6
⑥ C：
①④⑤
⑥
②
③
核外電子排布表示方法
能量最低原理
泡利原理
洪特規則
核外電子排布三原則
使整個原子能量最低
最多容納2e-，且自旋相反
先單獨分占，且自旋平行
原子結構示意圖
電子排布式
簡化電子排布式
價電子排布式
軌道表示式
直觀反映出核內質子數、核外電子層數及各電子層上的電子數
直觀反映能層，能級，能級上的電子數
能直觀反映出電子的排布情況和自旋狀態
填多少
怎么填
全滿、半滿、全空相對穩定
專題：原子核外電子排布的表示方法
原子(離子)結構示意圖 意義 將每個能層上的電子總數表示在原子核外的式子
實例
電子 排布式 意義 用數字在能級符號右上角標明該能級上排布的電子數
實例 Al：1s22s22p63s23p1
簡化 電子 排布式 意義 為了避免電子排布式書寫過于繁瑣,把內層電子達到稀有氣體結構的部分以相應稀有氣體的元素符號外加方括號表示
實例 Al：[Ne] 3s23p1
專題：原子核外電子排布的表示方法
價電子 排布式 意義 主族元素的價層電子指最外層電子,價層電子排布式即外圍電子排布式,副族元素還包括次外層的d電子及次次外層的f電子
實例 Al：3s23p1；
Cu：3d104s1
軌道 表示式（電子排布圖） 意義 每個方框代表一個原子軌道,每個箭頭代表一個電子
實例 Al
S：
專題：原子核外電子排布的表示方法
表示方法
原子結構示意圖
電子式
電子排布式
簡化電子排布式
價電子排布式
電子排布圖
價電子排布圖
以硫(S)為舉例
S：1s22s22p63s23p4
[Ne]3s23p4
S：3s23p4
——七圖式
1.下列有關碳原子的軌道表示式中，能量最低的是（ ）
A. B.
C. D.
D
2. 寫出15P、25Mn的軌道表示式，并按要求填空。
15P： ，有 對電子對，有 個單電子。
25Mn：_____________________________________________________________，有 種空間運動狀態，有 個單電子，屬于半充滿。
6
3
15
5
3.按要求填空。
(1)17Cl的電子排布式：__________________________。
(2)17Cl的價電子排布式：_________________________。
(3)17Cl－的電子式：___________。
1s22s22p63s23p5
3s23p5
(4)17Cl的價電子軌道表示式：__________________。
(5)17Cl的原子結構示意圖：________。

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