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第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)
第一章 原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
第二課時
構(gòu)造原理與電子排布式
學習目標
1.了解原子結(jié)構(gòu)的構(gòu)造原理，能用構(gòu)造原理認識原子的核外電子排布。
2.結(jié)合構(gòu)造原理形成核外電子排布式書寫的思維模型，并根據(jù)思維模型熟練書寫1～36號元素的電子排布式。
構(gòu)造原理
以光譜學事實為基礎(chǔ)，從氫開始，隨核電荷數(shù)遞增，新增電子填入能級的順序被稱為構(gòu)造原理。
電子排布式
按照構(gòu)造原理，寫出基態(tài)原子核外電子排布的表示式。
價電子排布式
簡化的電子排布式。
基態(tài)原子是處于最低能量狀態(tài)的原子。電子如何填入核外的不同能級以保證原子處于基態(tài)呢？有可遵循的填入順序嗎？
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
5p
5d
5f
6s
6p
6d
7s
7p
K
L
M
N
O
P
Q
構(gòu)造原理示意圖
以光譜學事實為基礎(chǔ)，從氫開始，隨核電荷數(shù)遞增，新增電子填入能級的順序稱為構(gòu)造原理
1. 構(gòu)造原理——核外電子的填充規(guī)律
三、構(gòu)造原理與電子排布式
52%
45%
39%
70%
2.能級交錯
構(gòu)造原理告訴我們，隨核電荷數(shù)遞增,電子并不總是填滿一個能層后再開始填入下一個能層,如電子是按3p→4s→3d的順序而不是按3p→3d→4s的順序填充的,這種現(xiàn)象被稱為能級交錯。
源于光譜學事實
1s
2s 2p
3s 3p
4s 3d 4p
5s 4d 5p
6s 4f 5d 6p
7s 5f 6d 7p
能量相近的能級劃為一組,稱為能級組
第一能級組
第二能級組
第三能級組
第四能級組
第五能級組
第六能級組
第七能級組
能級組記憶方法
從第四能層開始，該能層的ns與np能級之間插入了(n-1)層的d能級，第六能層開始還插入(n-2)f。
ns <(n-2)f < (n-1)d 前18號元素原子結(jié)構(gòu)示意圖
請同學們，結(jié)合已有的能級知識，分析核外電子在能級中的排布規(guī)律？
1s1
該能級的電子數(shù)
能層
能級
3.電子排布式
將能級上所容納的電子數(shù)標在該能級符號的右上角，并按照能層從左到右的順序排列的式子。
電子排布式的書寫：
按照構(gòu)造原理依次填入電子，電子填滿了一個能級，開始填入下一個能級。
1s
2s
2p
3s
3p
例如：氫到硼的基態(tài)原子的電子排布式。
1s1
氫
1s22s22p1
1s22s2
1s22s1
1s2
硼
鈹
鋰
氦
【課堂練習1】寫出前18號元素的電子排布式
原子序數(shù) 元素名稱 元素符號 電子排布
K L M N
1 氫 H
2 氦 He
3 鋰 Li
4 鈹 Be
5 硼 B
6 碳 C
7 氮 N
8 氧 O
9 氟 F
10 氖 Ne
1s1
1s2 2s1
1s2
1s2 2s2
1s2 2s22p1
1s2 2s22p2
1s2 2s22p3
1s2 2s22p4
1s2 2s22p5
1s2 2s22p6
1s1~2
1s2 2s1~22p1~6
1-10號元素原子的電子排布式
原子序數(shù) 元素名稱 元素符號 電子排布
K L M N
11 鈉 Na
12 鎂 Mg
13 鋁 Al
14 硅 Si
15 磷 P
16 硫 S
17 氯 Cl
18 氬 Ar
1s2 2s22p6 3s1
1s2 2s22p6 3s2
1s2 2s22p6 3s23p1
1s2 2s22p6 3s23p2
1s2 2s22p6 3s23p3
1s2 2s22p6 3s23p4
1s2 2s22p6 3s23p5
1s2 2s22p6 3s23p6
1s22s22p6 3s1~23p1~6
11-18號元素原子的電子排布式
思考與討論：為什么 的原子結(jié)構(gòu)示意圖不是 ，而是 ？寫出K的電子排布式。
原子核外電子較多的原子，其電子排布存在交錯現(xiàn)象。 KKK K原子在排滿第二層后，先排3s、3p 能級，3d 能級能量高于4s 能級，故最后一個電子排入4s 能級而不是3d<能級，所以它的原子結(jié)構(gòu)示意圖是 。
K的電子排布式：1s22s22p63s23p64s1
結(jié)論：構(gòu)造原理的能級交錯現(xiàn)象很好的解釋了電子排布規(guī)律。最外層電子數(shù)目最多不能超過8個(K層為最外層時不能超過2個)。次外層最多能容納的電子數(shù)不超過18個。倒數(shù)第三層電子數(shù)不超過32個。
【課堂練習2】按照構(gòu)造原理，請寫出鈣和鈧的基態(tài)原子電子排布式。
鈣
1s22s22p63s23p64s2
鈧
1s22s22p63s23p64s23d1
1s22s22p63s23p63d14s2
填充按構(gòu)造原理：1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p
書寫按能層次序：1s→2s→2p→3s→3p→3d→4s→4p
【課堂練習3】按照構(gòu)造原理，請寫出21~30號元素基態(tài)原子電子排布式。
原子序數(shù) 元素名稱 元素符號 電子排布
K L M N
21 鈧 Sc
22 鈦 Ti
23 釩 V
24 鉻 Cr
25 錳 Mn
26 鐵 Fe
27 鈷 Co
28 鎳 Ni
29 銅 Cu
30 鋅 Zn
1s2 2s22p6 3s23p63d1 4s2
1s2 2s22p6 3s23p63d2 4s2
1s2 2s22p6 3s23p63d3 4s2
1s2 2s22p6 3s23p63d4 4s2
1s2 2s22p6 3s23p63d5 4s2
1s2 2s22p6 3s23p63d6 4s2
1s2 2s22p6 3s23p63d7 4s2
1s2 2s22p6 3s23p63d8 4s2
1s2 2s22p6 3s23p63d9 4s2
1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s2
×
×
1s22s22p63s23p63d1~104s2
21-30號元素原子的電子排布式
1s2 2s22p6 3s23p63d5 4s1
1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s1
當p、d、f 能級處于全空、全充滿p6、d10、f14 或半充滿狀態(tài)p3、d5、f7 時，能量相對較低，原子結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。
全滿、半滿
Cr 1s22s22p63s23p63d54s1
Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
半充滿結(jié)構(gòu)，能量更低更穩(wěn)定
全充滿結(jié)構(gòu)，能量更低更穩(wěn)定
理想
模型
構(gòu)造原理是一個理想模型，具有一定的局限性，對于個別過渡元素并不適用
原子序數(shù) 元素名稱 元素符號 電子排布
K L M N
31 鎵 Ga
32 鍺 Ge
33 砷 As
34 硒 Se
35 溴 Br
36 氪 Kr
1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p1
1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p2
1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p3
1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p4
1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p5
1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p6
序數(shù)尾數(shù)與4p數(shù)值相同
1s22s22p63s23p63d104s24p1~6
31-36號元素原子的電子排布式
（1）按構(gòu)造原理寫出稀有氣體氦、氖、氬、氪、氙、氡的基態(tài)原子的最外層電子排布； 除氦外它們的通式是什么？
He：1s2 Ne：2s22p6 Ar：3s23p6
Kr：4s 24p6 Xe：5s 25p6 Rn：6s 26p6
通式：ns2np6
【思考與討論】
（2）電子排布式可以簡化，如鈉的電子排布式可簡化為[Ne]3s1。試問:上式方括號里的符號的意義是什么？請仿造鈉原子的簡化電子排布式，寫出第8號元素氧、第14號元素硅和第29號元素銅的簡化電子排布式。
Na：1s22s22p63s1
[Ne]3s1
簡化為
表示鈉的內(nèi)層電子排布與稀有氣體元素Ne的核外電子排布相同
簡化電子排布式方括號里的符號表示內(nèi)層電子已達到稀有氣體結(jié)構(gòu)的部分
O：1s22s22p4
簡化為
[He]2s22p4
Si：1s22s22p63s23p2
Cu：1s22s22p63s23p63d104s1
[Ne]3s23p2
[Ar]3d104s1
原子實
簡化電子排布式：
[Ne]3s1
例：寫出第19、26、31號元素的簡化電子排布式
上式方括號里的符號的意義是：
Na的簡化電子排布：
[Ar]3d64s2
該元素前一個周期的稀有氣體電子排布結(jié)構(gòu)
K:
Fe：
Ga：
[Ar] 4s1
[Ar] 3d104s24p1
【思考與交流】
(3)為突出化合價與電子排布式的關(guān)系，將在化學反應(yīng)中可能發(fā)生電子變動的能級稱為價電子層（簡稱價層）。例如，F(xiàn)e的簡化電子排布式為[Ar]3d64s2,價層電子排布為3d64s2。元素周期表只給出價層電子排布。請從書中找出Na、Al、Cl、Mn、Br的價層電子排布。
Na：3s1
Al：3s2 3p1
Cl：3s2 3p5
Mn：3d5 4s2
Br：4s24p5
價層電子排布式：
為突出化合價與電子排布的關(guān)系，在化學反應(yīng)中可能發(fā)生電子變動的能級稱為價電子層。
如Na的簡化電子排布式 [Ne]3s1，價層電子排布為______。
3s1
通常,元素周期表只給出價層電子排布。
價電子的位置：
1）主族、零族元素：最外層電子。
Cl的價層電子排布式：3s23p5
2）副族和第VIII族元素：
價電子除最外層電子外，還可能包括次外層電子
Cr的價層電子排布式為3d54s1
請同學們寫出25Mn、26Fe、32Ge、35Br的簡化電子排布式和價層電子排布式。主族元素和過渡元素的價電子層有什么特征？
【課堂練習4】
鐵
[Ar]3d64s2
3d64s2
錳
[Ar]3d54s2
3d54s2
鍺
[Ar]3d104s24p2
4s24p2
溴
[Ar]3d104s24p5
4s24p5
(1)確定原子變成離子時得到或失去的電子數(shù)。
(2)原子得到電子形成陰離子，得到的電子填充在最外層的能級上。
(3)原子失去電子形成陽離子，總是先失去最外層的電子，即失電子順序：由外向里。
一般來說，主族元素只失去它們的最外層電子，而副族和Ⅷ族元素可能還會進一步向內(nèi)層失去電子，
Cl 1s22s22p63s23p5
Cl－ 1s22s22p63s23p6
Fe 1s22s22p63s23p63d64s2
Fe2+ 1s22s22p63s23p63d6
Fe3+ 1s22s22p63s23p63d5
書寫步驟：先寫原子的電子排布式；再考慮得失電子情況。
主族簡單陽離子：
與上一周期稀氣原子電子排布相同
O 1s2 2s22p4
O2- 1s2 2s22p6
Mg 1s2 2s22p63s2
Mg2+ 1s2 2s22p6
Ca 1s22s22p63s23p64s2
Ca2+ 1s22s22p63s23p6
主族簡單陰離子：
與同周期稀氣原子電子排布相同
離子的電子排布式
【課堂練習5】請寫出K+、S2-、 Cu2+ 離子的電子排布式？
K+ ：1s22s22p63s23p6
S2- ：1s22s22p63s23p6
Cu2+ ：1s22s22p63s23p63d9
課堂練習6：某原子的電子排布式為 ,下列說法中不正確的是( @49@ )。
A.該元素原子核外共有25個電子
B.該元素原子核外有4個能層
C.該元素原子最外層有2個電子
D.該元素原子 能層共有8個電子
D
課堂練習7：判斷下列表達是正確的是（ ）
A、1s22p1屬于基態(tài)；
B、1s22s2 2p63s2 3p63d54s1屬于激發(fā)態(tài)；
C、1s22s2 2p63d1屬于激發(fā)態(tài)；
D、1s22s2 2p63p1屬于基態(tài)；
C
課堂練習8:某元素原子3d軌道上有5個電子，則該原子最外層電子的排布可能是（ ）
A.4s1 B.4s24p1 C.4s24p3 D.3s23p63d5
A
課堂練習9:下列原子或離子核外電子排布不屬于基態(tài)排布的是（ ）
A.N:1s22s22p3 B.S2-:1s22s22p63s23p6
C.Na:1s22s22p53s2 D.Si:1s22s22p63s23p2
C
課堂練習9:按要求填空:
(1)基態(tài)B原子的電子排布式為 。
(2)基態(tài)N原子的價電子排布式為____________。
(3)Se原子序數(shù)為____________,其核外M層電子的排布式為____________。
(4)Li3N晶體中氮以N3-形式存在,基態(tài)N3-的電子排布式為____________。
(5)寫出基態(tài)鎵(Ga)原子的電子排布式： 。
1s22s22p1或[He]2s22p1
2s22p3
34
3s23p63d10
1s22s22p6
1s22s22p63s23p63d104s24p1

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