1.1 原子结构 课件 2022-2023学年高二化学人教版（2019）选择性必修2（50张ppt）
文档属性
| 名称 | 1.1 原子结构 课件 2022-2023学年高二化学人教版（2019）选择性必修2（50张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 3.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2022-12-22 16:40:50 | ||
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文档简介
(共50张PPT)
第一节 原子结构
引言：原子结构理论的发展
公元前5世纪，古希腊哲学家德谟克列特提出原子(atom)的概念，认为每一种物质都是由一种原子构成的，如水是由“水原子”构成的、铁是由“铁原子”构成的…..
即：物质是由不可分割的微粒(即原子)构成的
思辨精神
引言：原子结构理论的发展
1803年英国科学家道尔顿提出近代原子学说，提出“实心球模型”
道尔顿的“实心球模型”
原子都是不能再分的微粒，同种元素的原子的各种性质和质量都相同；原子是微小的实心球体
引言：原子结构理论的发展
汤姆生的“葡萄干布丁模型”
1897年汤姆生发现了电子，在实验的基础上，1904年提出原子的“葡萄干布丁模型”
原子中的电子像葡萄干那样平均的分布在整个原子上，如同散布在一个均匀的正电荷的果冻之中，它们的负电荷与那些正电荷相互抵消
引言：原子结构理论的发展
卢瑟福“原子有核模型(行星模型)”
1911年卢瑟福和他的助手做了著名的α粒子散射实验，否定了汤姆生的原子模型，提出“原子有核模型”
原子的大部分体积是空的，在原子的中心有一个很小的原子核，原子的全部正电荷在原子核内，且几乎全部质量均集中在原子核内部。带负电的电子在原子核外空间绕核做高速运动
引言：原子结构理论的发展
玻尔“量子化轨道模型”
在普朗克量子论、爱因斯坦光子学说和卢瑟福有核模型基础上，1913年玻尔提出现代原子结构模型(分层模型)
原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运到，不辐射能量
在不同轨道上运动的电子具有不同的能量且能量是不连续的(即量子化)
引言：原子结构理论的发展
薛定谔“电子云模型”
1926年薛定谔意识到微观粒子波粒二象性和不确定性之间的关系，提出用波动力学方程来描述原子的核外电子运到的量子力学模型(电子云模型)
具有波粒二象性微观粒子，无法同时确定电子在核外运到的位置和速度。利用电子在核外一定空间内出现的概率(即概率密度)来描述核外电子的运到状态
小结: 原子结构理论的发展
提出者 原子结构模型 中心内容 贡献
道尔顿 实心球模型 原子不可再分 提出近代原子理论
汤姆生 葡萄干布丁模型 电子均匀分布在带正电的球体内 发现电子
卢瑟福 原子有核模型 电子绕原子核做高速运动 发现原子核
玻尔 量子化轨道模型 电子在一系列能量确定的轨道上运动 将量子理论应用到原子结构理论中
薛定谔 电子云模型 电子在原子核外的运动无确定的轨迹 利用量子力学方法描述核外电子运动
二、核外电子运动状态的描述
1、氢原子光谱(最简单的光谱)
许多物质都能够吸收或者发射光，人们利用仪器将物质吸收的光或发射的光的波长和强度分布情况记录下来，就得到了所谓的光谱
连续光谱: 由各种波长的光组成，且相近的波长差别极小而不能分辨的光谱(如太阳光)
10cm
1mm
1μm
100nm
1pm
0.1pm
Radio
Microwave
Infrared
Visible
Ultraviolet
x-ray
γ-ray
Cosmic ray
λ (nm)
700
620
580
530
470
420
Red
Orange
Yellow
Green
Blue
Violet
二、核外电子运动状态的描述
1、氢原子光谱(最简单的光谱)
线状光谱: 若光由特定的波长组成，则得到的光谱是不连续的光谱，谱线彼此分立(如氢原子光谱)
其在可见光范围内(400～700nm)只有四条谱线
二、核外电子运动状态的描述
1、氢原子光谱(最简单的光谱)
玻尔为了解释氢原子光谱提出了分层排布模型，对原子结构提出了几点假设：
(1)原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运动，并且不辐射能量
(2)在不同轨道上运动的电子具有不同的能量，且能量是不连续的(即量子化的)，电子的能量不能连续变化，只能从一个特定的值变成另外一个特定的值
二、核外电子运动状态的描述
1、氢原子光谱(最简单的光谱)
玻尔为了解释氢原子光谱提出了分层排布模型，对原子结构提出了几点假设：
(3)轨道能量依n(1、2、3…)的增大而升高(其中n称为量子数)
(3)当且仅当电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，才会辐射或吸收能量(辐射或吸收的能量以光的形式表现并被记录下来则形成光谱)
二、核外电子运动状态的描述
化学与生活: 霓虹灯之所以可以发出五颜六色的光，其原因与氢原子光谱形成的原因基本相同。如在灯管中充入Ne，通电后放电管中的Ne原子中的电子吸收能量后跃迁至能量较高的轨道，但又会很快跃迁回能量较低的轨道，将多余的一部分能量以光的形式释放出来，光的波长恰好在红光的波长范围内，因此我们看到的就是红光。类似的不同其他原子通电发光颜色不同
二、核外电子运动状态的描述
2、描述电子在核外运动的四个量子数
一个量子数n，无法解释某些多电子原子光谱
名称 符号
主量子数
角量子数
磁量子数
自旋量子数
n
l
m
ms
二、核外电子运动状态的描述
2、描述电子在核外运动的四个量子数
(1)能层与主量子数
在多电子原子里，依据电子能量的差异及运动区域离原子核的远近，将核外电子分为不同的能层(即电子层)。
每一个能层对应一个主量子数n。
2、描述电子在核外运动的四个量子数
(1)能层与主量子数
能层 一 二 三 四 五 六 七 ……
主量子数(n) 1 2 3 4 5 6 7 ……
光谱学 符号
最多容纳电子数
……
K
L
M
N
O
P
Q
……
2
8
18
32
50
72
2n2
特点: 主量子数n的取值与能层序数一致
2、描述电子在核外运动的四个量子数
能层 一 二 三 四 五 六 七 ……
主量子数(n) 1 2 3 4 5 6 7 ……
光谱学 符号
最多容纳电子数
……
K
L
M
N
O
P
Q
……
2
8
18
32
50
72
2n2
规律:①主量子数n决定了电子的能量E，n值越大能量E越高(因n是不连续的，E也是不连续的)
②描述了原子中电子运动时距离原子核的远近，n值越大，离核越远
即: 离核越远的电子具有更高的能量
2、描述电子在核外运动的四个量子数
(2)能级与角量子数
理论研究发现，多电子原子中即使是在同一个能层中的电子，其具有的能量仍不完全相同，是有差别的。把同一能层分为不同的能级(电子亚层)
注意: 不同能层具有的能级个数不一样，同一能层中不同能级对应的有一个角量子数l。
角量子数( l ) 0 1 2 3 4 5
光谱学符号
s
p
d
f
g
h
2、描述电子在核外运动的四个量子数
小结:不同能层、能级的符号与容纳电子数关系：
能层 K L M N ……
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f ……
角量子数 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3
最多容纳电子数
0 ~ (n-1)
2
6
2
6
2
6
2
10
10
14
2(2l＋1)
结论: 主量子数n限制了角量子数l的个数，共n个值(即序数为n的能层共有n个能级)
2
8
18
32
2n2
2、描述电子在核外运动的四个量子数
能层 K L M N ……
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f ……
角量子数 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3
最多容纳电子数
0 ~ (n-1)
2
6
2
6
2
6
2
10
10
14
2(2l＋1)
2
8
18
32
2n2
在多电子原子中，电子的能量不仅取决于n而且与l有关，当n相同时，l越大，能量越大。
问: (1) E1s ____ E2s ____ E3s ____ E4s
(2) E4s ____ E4p ____ E4d ____ E4f
二、核外电子运动状态的描述
(3)电子云与原子轨道
核外电子运动的特征
(1)质量小、运动空间小、运动速率大
(2)无确定的轨道，无法描述其运动轨迹
不确定原理(海森堡):不可能像描述宏观物体的运动那样准确的知道它在某一瞬间的位置和运动速度，只能用统计学的方法来讨论其在核外空间某一区域内出现机会的多少(概率)
二、核外电子运动状态的描述
(3)电子云与原子轨道
①图示的每一个点不表示电子,只表示电子曾在这里出现过一次
注意：
②小黑点的疏密表示电子在核外空间内出现的概率的大小。
电子云就是电子在核外空间的概率密度分布的形象化图示。
1s电子在核外出现的概率分布图
二、核外电子运动状态的描述
(3)电子云与原子轨道
使用不方便
取P ═ 90%的点用曲线连接起来
电子云轮廓图
二、核外电子运动状态的描述
(3)电子云与原子轨道
角量子数l相同的电子的电子云轮廓图是相同的
x
y
z
1s
x
y
z
2s
x
y
z
3s
由图可知: 半径由主量子数n决定， n值越大，s电子能量越高，挣脱原子核束缚的能力越强，在离核较远处出现的机率就大。
二、核外电子运动状态的描述
(3)电子云与原子轨道
原子轨道:量子力学中将电子在原子核外的一个空间运动状态(理解为一个电子云的轮廓图或电子云形状)称为一个原子轨道
注：原子轨道的形状由角量子数( l )决定
例: 当n=4时，l 有4种取值0、1、2和3(第四能层上的电子具有4种形状不同的原子轨道)
电子云与原子轨道
例: 当n=4时，l 有4种取值0、1、2和3(第四能层上的电子具有4种形状不同的原子轨道)
l=0 表示s轨道，形状为球形，即4s轨道
l=1 表示p轨道，形状为纺锤形(哑铃形)，即4p轨道
l=2 表示d轨道，形状为花瓣形，即4d轨道
l=3 表示f轨道，形状更为复杂，即4f轨道
x
y
z
二、核外电子运动状态的描述
(4)原子轨道伸展方向与磁量子数(m)
磁量子数m的取值受角量子数的影响，其取值为0、±1、± 2、±3. . . . . . ±l ；从0到±l ，共有(2l＋1)个取值
磁量子数意义:
决定原子轨道在核外的伸展方向
注：一个伸展方向即是该能级的一个原子轨道
当角量子数l=0时，表示s轨道，磁量子数m只有一个取值，因此s轨道在空间只有一种伸展方向，即以原子核为球心的球形
二、核外电子运动状态的描述
(4)原子轨道伸展方向与磁量子数(m)
x
y
z
二、核外电子运动状态的描述
(4)原子轨道伸展方向与磁量子数(m)
当角量子数l=1时，表示p轨道，磁量子数m有3个取值0、＋1和－1，因此p轨道在空间有3种不同的伸展方向，即沿x轴、y轴和z轴和分布
同一能级中的轨道能量相等称为简并轨道
二、核外电子运动状态的描述
(4)原子轨道伸展方向与磁量子数(m)
同理:
当角量子数l=2时，表示d轨道，磁量子数m有5个取值，因此d轨道在空间有5种不同的伸展方向
当角量子数l=3时，表示f轨道，磁量子数m有7个取值，因此f轨道在空间有7种不同的伸展方向
二、核外电子运动状态的描述
(4)原子轨道伸展方向与磁量子数(m)
问:角量子数为l的能级具有的原子轨道数为_____，
每个原子轨道最多容纳的电子数为2，则该能级中最多容纳的电子数为________。
(2l+1)
2(2l+1)
注意: 磁量子数m与电子的能量无关
如: E = E = E
2px
2py
2pz
二、核外电子运动状态的描述
(5)电子运动状态与自旋量子数(ms)
已知：n、l、m一组3个量子数可以确定一个电子所在的原子轨道离核的远近、形状和伸展方向
电子除了绕核做运动外，还有自身的旋转运动
通常用↑和↓表示，称为电子的自旋运动，用自旋量子数(ms)表示。其取值只有2个，即:ms=±1/2
综上所述: 原子中每个电子的运动状态则需用n、l、m、ms四个量子数来描述。
三、基态原子的核外电子排布(掌握1~36号元素 )
1、核外电子排布原则
(1)构造原理
美国化学家鲍林(Pauling)根据光谱实验结果，总结出多电子原则轨道能级图
随原子核电荷数递增，每个新增加的核外电子将按照右图的顺序陆续填满原子轨道。这条经验规律则称之为构造原理
三、基态原子的核外电子排布
1、核外电子排布原则
(2)能量最低原理：
核外电子总是尽先占有能量最低的能级，以使得整个原子的能量最低
即: 电子首先填充量子数n、l最小值的原子轨道
规律: Ens ＜ E(n－2)f ＜ E(n－1)d ＜ Enp
能级交错现象
1s→2s→2p→
3s→3p→4s→3d→4p→
5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p
三、基态原子的核外电子排布
1、核外电子排布原则
(3)泡利不相容原理：
同一原子中不可能有运动状态完全相同(四个量子数相同)的两个电子存在
即：在一个原子轨道里的2个电子自旋状态相反
如: 2s轨道上的电子排布为_____,不能为____
↑
↓
↑
↑
三、基态原子的核外电子排布
1、核外电子排布原则
(4)洪特规则(Hund rule)
1925年德国物理学家洪特提出了两条规则，分别称为Hund第一规则和第二规则
第一规则: 在同一能级的各个轨道上，电子排布尽可能分占不同的轨道，而且自旋状态相同
如: 2p3轨道上的电子排布为___________，
不能为__________或___________
↑
↑
↑
↑
↑
↓
↑
↑
↓
三、基态原子的核外电子排布
1、核外电子排布原则
(4)洪特规则(Hund rule)
第二规则(半满全满规则): 能量相同的原子轨道在全充满(如p6、d10或f14)、半充满(如p3、d5或f7)或全空(如p0、d0或f0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定
当电子严格按照上述规则排布时原子的能量最低
三、基态原子的核外电子排布
基态原子：处于最低能量状态的原子
激发态原子：当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子
基态原子
激发态原子
吸收能量
释放能量
(常以光的形式，如：焰色反应)
三、基态原子的核外电子排布
2、电子排布式与电子排布式图
电子排布式:可简单的表示为nlx，其中n:主量子数，x:电子数，l用其所对应的符号表示
如: Li原子的电子排布式为 1s22s1
电子排布图(轨道表示式):用方框表示原子轨道，用箭头“↑”或“↓”区别自旋方向不同的电子
如: Li原子的电子排布图为
↑
↓
↑
1s 2s
三、基态原子的核外电子排布
3、1~36号元素的基态原子电子排布式/图
序数 元素 电子排布式 电子排布图
1 H
2 He
3 Li
4 Be
5 B
1s1
1s2
1s22s1
1s22s2
1s22s22p1
↑
1s
↑
↓
1s
↑
↓
↑
1s 2s
↑
↓
↑
1s 2s
↓
↑
↓
↑
1s 2s 2p
↓
↑
三、基态原子的核外电子排布
3、1~36号元素的基态原子电子排布式/图
序数 元素 电子排布式 电子排布图
6 C
7 N
8 O
9 F
10 Ne
1s22s22p2
↑
↓
↑
1s 2s 2p
↓
↑
↑
1s22s22p3
↑
↓
↑
1s 2s 2p
↓
↑
↑
↑
1s22s22p4
1s22s22p5
1s22s22p6
↑
↓
↑
1s 2s 2p
↓
↑
↑
↑
↓
↑
↓
↑
1s 2s 2p
↓
↑
↑
↑
↓
↓
↑
↓
↑
1s 2s 2p
↓
↑
↑
↑
↓
↓
↓
三、基态原子的核外电子排布
3、1~36号元素的基态原子电子排布式/图
序数 元素 电子排布式 电子排布图
11 Na
12 Mg
13 Al
14 Si
15 P
1s22s22p63s1
1s22s22p63s2
1s22s22p63s23p1
1s22s22p63s23p2
1s22s22p63s23p3
↑
↓
↑
1s 2s 2p
↓
↑
↑
↑
↓
↓
↓
↑
3s
↑
↓
↑
1s 2s 2p
↓
↑
↑
↑
↓
↓
↓
↑
↓
3s
3p
↑
……
↑
↓
3s
3p
↑
……
↑
↓
3s
↑
3p
↑
……
↑
↓
3s
↑
↑
三、基态原子的核外电子排布
3、1~36号元素的基态原子电子排布式/图
序数 元素 电子排布式 电子排布图
16 S
17 Cl
18 Ar
19 K
20 Ca
1s22s22p63s23p4
1s22s22p63s23p5
1s22s22p63s23p6
[Ar]4s1
[Ar]4s2
三、基态原子的核外电子排布
3、1~36号元素的基态原子电子排布式/图
序数 元素 电子排布式 电子排布图
21 Sc
22 Ti
23 V
24* Cr
25 Mn
[Ar]3d14s2
[Ar]3d24s2
[Ar]3d34s2
[Ar]3d44s2
[Ar]3d54s2
[Ar]3d54s1
三、基态原子的核外电子排布
3、1~36号元素的基态原子电子排布式/图
序数 元素 电子排布式 电子排布图
26 Fe
27 Co
28 Ni
29* Cu
30 Zn
[Ar]3d64s2
[Ar]3d74s2
[Ar]3d94s2
[Ar]3d94s2
[Ar]3d104s2
[Ar]3d104s1
三、基态原子的核外电子排布
序数 元素 电子排布式 电子排布图
31 Ga
32 Ge
33 As
34 Se
35 Br
36 Kr
[Ar]3d104s24p1
[Ar]3d104s24p2
[Ar]3d104s24p3
[Ar]3d104s24p4
[Ar]3d104s24p5
[Ar]3d104s24p6
三、基态原子的核外电子排布
3、1~36号元素的基态原子电子排布式/图
注意：
①根据构造原理，电子在填充时，存在能级交错形象，如Fe原子的电子填充顺序是：
1s2→2s2→2p6→3s2→3p6→4s2→3d6
书写时一般按照同一能层的不同能级由低能量向高能量顺序书写，即Fe原子的基态电子排布应写为：1s22s22p63s23p63d64s2
三、基态原子的核外电子排布
3、1~36号元素的基态原子电子排布式/图
注意：
②在内层原子轨道上运动的电子能量低，在外层原子轨道上运动的电子能量较高，因此一般的化学反应只涉及外层原子轨道上是电子，我们称这些电子为价电子(又称作原子的外围电子)。元素的化学性质与价电子的数目密切相关。
如Fe原子的基态电子排布：[Ar] 3d64s2
原子实
价电子
三、基态原子的核外电子排布
3、1~36号元素的基态原子电子排布式/图
注意：
③1~36号元素中，Cu元素和Cr元素原子的核外电子排布是特殊的。
如：Cu元素[Ar]3d104s1 (使3d全充满)
Cr元素[Ar]3d54s1 (使3d半充满)
三、基态原子的核外电子排布
3、1~36号元素的基态原子电子排布式/图
注意：
④实验表明，当原子失去电子形成阳离子时，总是首先失去外层电子。
例如基态Fe原子的价层电子构型为3d64s2
则基态Fe2＋原子的价层电子构型为_______
基态Fe3＋原子的价层电子构型为_______
3d6
3d5
第一节 原子结构
引言：原子结构理论的发展
公元前5世纪，古希腊哲学家德谟克列特提出原子(atom)的概念，认为每一种物质都是由一种原子构成的，如水是由“水原子”构成的、铁是由“铁原子”构成的…..
即：物质是由不可分割的微粒(即原子)构成的
思辨精神
引言：原子结构理论的发展
1803年英国科学家道尔顿提出近代原子学说，提出“实心球模型”
道尔顿的“实心球模型”
原子都是不能再分的微粒，同种元素的原子的各种性质和质量都相同；原子是微小的实心球体
引言：原子结构理论的发展
汤姆生的“葡萄干布丁模型”
1897年汤姆生发现了电子，在实验的基础上，1904年提出原子的“葡萄干布丁模型”
原子中的电子像葡萄干那样平均的分布在整个原子上，如同散布在一个均匀的正电荷的果冻之中，它们的负电荷与那些正电荷相互抵消
引言：原子结构理论的发展
卢瑟福“原子有核模型(行星模型)”
1911年卢瑟福和他的助手做了著名的α粒子散射实验，否定了汤姆生的原子模型，提出“原子有核模型”
原子的大部分体积是空的，在原子的中心有一个很小的原子核，原子的全部正电荷在原子核内，且几乎全部质量均集中在原子核内部。带负电的电子在原子核外空间绕核做高速运动
引言：原子结构理论的发展
玻尔“量子化轨道模型”
在普朗克量子论、爱因斯坦光子学说和卢瑟福有核模型基础上，1913年玻尔提出现代原子结构模型(分层模型)
原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运到，不辐射能量
在不同轨道上运动的电子具有不同的能量且能量是不连续的(即量子化)
引言：原子结构理论的发展
薛定谔“电子云模型”
1926年薛定谔意识到微观粒子波粒二象性和不确定性之间的关系，提出用波动力学方程来描述原子的核外电子运到的量子力学模型(电子云模型)
具有波粒二象性微观粒子，无法同时确定电子在核外运到的位置和速度。利用电子在核外一定空间内出现的概率(即概率密度)来描述核外电子的运到状态
小结: 原子结构理论的发展
提出者 原子结构模型 中心内容 贡献
道尔顿 实心球模型 原子不可再分 提出近代原子理论
汤姆生 葡萄干布丁模型 电子均匀分布在带正电的球体内 发现电子
卢瑟福 原子有核模型 电子绕原子核做高速运动 发现原子核
玻尔 量子化轨道模型 电子在一系列能量确定的轨道上运动 将量子理论应用到原子结构理论中
薛定谔 电子云模型 电子在原子核外的运动无确定的轨迹 利用量子力学方法描述核外电子运动
二、核外电子运动状态的描述
1、氢原子光谱(最简单的光谱)
许多物质都能够吸收或者发射光，人们利用仪器将物质吸收的光或发射的光的波长和强度分布情况记录下来，就得到了所谓的光谱
连续光谱: 由各种波长的光组成，且相近的波长差别极小而不能分辨的光谱(如太阳光)
10cm
1mm
1μm
100nm
1pm
0.1pm
Radio
Microwave
Infrared
Visible
Ultraviolet
x-ray
γ-ray
Cosmic ray
λ (nm)
700
620
580
530
470
420
Red
Orange
Yellow
Green
Blue
Violet
二、核外电子运动状态的描述
1、氢原子光谱(最简单的光谱)
线状光谱: 若光由特定的波长组成，则得到的光谱是不连续的光谱，谱线彼此分立(如氢原子光谱)
其在可见光范围内(400～700nm)只有四条谱线
二、核外电子运动状态的描述
1、氢原子光谱(最简单的光谱)
玻尔为了解释氢原子光谱提出了分层排布模型，对原子结构提出了几点假设：
(1)原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运动，并且不辐射能量
(2)在不同轨道上运动的电子具有不同的能量，且能量是不连续的(即量子化的)，电子的能量不能连续变化，只能从一个特定的值变成另外一个特定的值
二、核外电子运动状态的描述
1、氢原子光谱(最简单的光谱)
玻尔为了解释氢原子光谱提出了分层排布模型，对原子结构提出了几点假设：
(3)轨道能量依n(1、2、3…)的增大而升高(其中n称为量子数)
(3)当且仅当电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，才会辐射或吸收能量(辐射或吸收的能量以光的形式表现并被记录下来则形成光谱)
二、核外电子运动状态的描述
化学与生活: 霓虹灯之所以可以发出五颜六色的光，其原因与氢原子光谱形成的原因基本相同。如在灯管中充入Ne，通电后放电管中的Ne原子中的电子吸收能量后跃迁至能量较高的轨道，但又会很快跃迁回能量较低的轨道，将多余的一部分能量以光的形式释放出来，光的波长恰好在红光的波长范围内，因此我们看到的就是红光。类似的不同其他原子通电发光颜色不同
二、核外电子运动状态的描述
2、描述电子在核外运动的四个量子数
一个量子数n，无法解释某些多电子原子光谱
名称 符号
主量子数
角量子数
磁量子数
自旋量子数
n
l
m
ms
二、核外电子运动状态的描述
2、描述电子在核外运动的四个量子数
(1)能层与主量子数
在多电子原子里，依据电子能量的差异及运动区域离原子核的远近，将核外电子分为不同的能层(即电子层)。
每一个能层对应一个主量子数n。
2、描述电子在核外运动的四个量子数
(1)能层与主量子数
能层 一 二 三 四 五 六 七 ……
主量子数(n) 1 2 3 4 5 6 7 ……
光谱学 符号
最多容纳电子数
……
K
L
M
N
O
P
Q
……
2
8
18
32
50
72
2n2
特点: 主量子数n的取值与能层序数一致
2、描述电子在核外运动的四个量子数
能层 一 二 三 四 五 六 七 ……
主量子数(n) 1 2 3 4 5 6 7 ……
光谱学 符号
最多容纳电子数
……
K
L
M
N
O
P
Q
……
2
8
18
32
50
72
2n2
规律:①主量子数n决定了电子的能量E，n值越大能量E越高(因n是不连续的，E也是不连续的)
②描述了原子中电子运动时距离原子核的远近，n值越大，离核越远
即: 离核越远的电子具有更高的能量
2、描述电子在核外运动的四个量子数
(2)能级与角量子数
理论研究发现，多电子原子中即使是在同一个能层中的电子，其具有的能量仍不完全相同，是有差别的。把同一能层分为不同的能级(电子亚层)
注意: 不同能层具有的能级个数不一样，同一能层中不同能级对应的有一个角量子数l。
角量子数( l ) 0 1 2 3 4 5
光谱学符号
s
p
d
f
g
h
2、描述电子在核外运动的四个量子数
小结:不同能层、能级的符号与容纳电子数关系：
能层 K L M N ……
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f ……
角量子数 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3
最多容纳电子数
0 ~ (n-1)
2
6
2
6
2
6
2
10
10
14
2(2l＋1)
结论: 主量子数n限制了角量子数l的个数，共n个值(即序数为n的能层共有n个能级)
2
8
18
32
2n2
2、描述电子在核外运动的四个量子数
能层 K L M N ……
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f ……
角量子数 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3
最多容纳电子数
0 ~ (n-1)
2
6
2
6
2
6
2
10
10
14
2(2l＋1)
2
8
18
32
2n2
在多电子原子中，电子的能量不仅取决于n而且与l有关，当n相同时，l越大，能量越大。
问: (1) E1s ____ E2s ____ E3s ____ E4s
(2) E4s ____ E4p ____ E4d ____ E4f
二、核外电子运动状态的描述
(3)电子云与原子轨道
核外电子运动的特征
(1)质量小、运动空间小、运动速率大
(2)无确定的轨道，无法描述其运动轨迹
不确定原理(海森堡):不可能像描述宏观物体的运动那样准确的知道它在某一瞬间的位置和运动速度，只能用统计学的方法来讨论其在核外空间某一区域内出现机会的多少(概率)
二、核外电子运动状态的描述
(3)电子云与原子轨道
①图示的每一个点不表示电子,只表示电子曾在这里出现过一次
注意：
②小黑点的疏密表示电子在核外空间内出现的概率的大小。
电子云就是电子在核外空间的概率密度分布的形象化图示。
1s电子在核外出现的概率分布图
二、核外电子运动状态的描述
(3)电子云与原子轨道
使用不方便
取P ═ 90%的点用曲线连接起来
电子云轮廓图
二、核外电子运动状态的描述
(3)电子云与原子轨道
角量子数l相同的电子的电子云轮廓图是相同的
x
y
z
1s
x
y
z
2s
x
y
z
3s
由图可知: 半径由主量子数n决定， n值越大，s电子能量越高，挣脱原子核束缚的能力越强，在离核较远处出现的机率就大。
二、核外电子运动状态的描述
(3)电子云与原子轨道
原子轨道:量子力学中将电子在原子核外的一个空间运动状态(理解为一个电子云的轮廓图或电子云形状)称为一个原子轨道
注：原子轨道的形状由角量子数( l )决定
例: 当n=4时，l 有4种取值0、1、2和3(第四能层上的电子具有4种形状不同的原子轨道)
电子云与原子轨道
例: 当n=4时，l 有4种取值0、1、2和3(第四能层上的电子具有4种形状不同的原子轨道)
l=0 表示s轨道，形状为球形，即4s轨道
l=1 表示p轨道，形状为纺锤形(哑铃形)，即4p轨道
l=2 表示d轨道，形状为花瓣形，即4d轨道
l=3 表示f轨道，形状更为复杂，即4f轨道
x
y
z
二、核外电子运动状态的描述
(4)原子轨道伸展方向与磁量子数(m)
磁量子数m的取值受角量子数的影响，其取值为0、±1、± 2、±3. . . . . . ±l ；从0到±l ，共有(2l＋1)个取值
磁量子数意义:
决定原子轨道在核外的伸展方向
注：一个伸展方向即是该能级的一个原子轨道
当角量子数l=0时，表示s轨道，磁量子数m只有一个取值，因此s轨道在空间只有一种伸展方向，即以原子核为球心的球形
二、核外电子运动状态的描述
(4)原子轨道伸展方向与磁量子数(m)
x
y
z
二、核外电子运动状态的描述
(4)原子轨道伸展方向与磁量子数(m)
当角量子数l=1时，表示p轨道，磁量子数m有3个取值0、＋1和－1，因此p轨道在空间有3种不同的伸展方向，即沿x轴、y轴和z轴和分布
同一能级中的轨道能量相等称为简并轨道
二、核外电子运动状态的描述
(4)原子轨道伸展方向与磁量子数(m)
同理:
当角量子数l=2时，表示d轨道，磁量子数m有5个取值，因此d轨道在空间有5种不同的伸展方向
当角量子数l=3时，表示f轨道，磁量子数m有7个取值，因此f轨道在空间有7种不同的伸展方向
二、核外电子运动状态的描述
(4)原子轨道伸展方向与磁量子数(m)
问:角量子数为l的能级具有的原子轨道数为_____，
每个原子轨道最多容纳的电子数为2，则该能级中最多容纳的电子数为________。
(2l+1)
2(2l+1)
注意: 磁量子数m与电子的能量无关
如: E = E = E
2px
2py
2pz
二、核外电子运动状态的描述
(5)电子运动状态与自旋量子数(ms)
已知：n、l、m一组3个量子数可以确定一个电子所在的原子轨道离核的远近、形状和伸展方向
电子除了绕核做运动外，还有自身的旋转运动
通常用↑和↓表示，称为电子的自旋运动，用自旋量子数(ms)表示。其取值只有2个，即:ms=±1/2
综上所述: 原子中每个电子的运动状态则需用n、l、m、ms四个量子数来描述。
三、基态原子的核外电子排布(掌握1~36号元素 )
1、核外电子排布原则
(1)构造原理
美国化学家鲍林(Pauling)根据光谱实验结果，总结出多电子原则轨道能级图
随原子核电荷数递增，每个新增加的核外电子将按照右图的顺序陆续填满原子轨道。这条经验规律则称之为构造原理
三、基态原子的核外电子排布
1、核外电子排布原则
(2)能量最低原理：
核外电子总是尽先占有能量最低的能级，以使得整个原子的能量最低
即: 电子首先填充量子数n、l最小值的原子轨道
规律: Ens ＜ E(n－2)f ＜ E(n－1)d ＜ Enp
能级交错现象
1s→2s→2p→
3s→3p→4s→3d→4p→
5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p
三、基态原子的核外电子排布
1、核外电子排布原则
(3)泡利不相容原理：
同一原子中不可能有运动状态完全相同(四个量子数相同)的两个电子存在
即：在一个原子轨道里的2个电子自旋状态相反
如: 2s轨道上的电子排布为_____,不能为____
↑
↓
↑
↑
三、基态原子的核外电子排布
1、核外电子排布原则
(4)洪特规则(Hund rule)
1925年德国物理学家洪特提出了两条规则，分别称为Hund第一规则和第二规则
第一规则: 在同一能级的各个轨道上，电子排布尽可能分占不同的轨道，而且自旋状态相同
如: 2p3轨道上的电子排布为___________，
不能为__________或___________
↑
↑
↑
↑
↑
↓
↑
↑
↓
三、基态原子的核外电子排布
1、核外电子排布原则
(4)洪特规则(Hund rule)
第二规则(半满全满规则): 能量相同的原子轨道在全充满(如p6、d10或f14)、半充满(如p3、d5或f7)或全空(如p0、d0或f0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定
当电子严格按照上述规则排布时原子的能量最低
三、基态原子的核外电子排布
基态原子：处于最低能量状态的原子
激发态原子：当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子
基态原子
激发态原子
吸收能量
释放能量
(常以光的形式，如：焰色反应)
三、基态原子的核外电子排布
2、电子排布式与电子排布式图
电子排布式:可简单的表示为nlx，其中n:主量子数，x:电子数，l用其所对应的符号表示
如: Li原子的电子排布式为 1s22s1
电子排布图(轨道表示式):用方框表示原子轨道，用箭头“↑”或“↓”区别自旋方向不同的电子
如: Li原子的电子排布图为
↑
↓
↑
1s 2s
三、基态原子的核外电子排布
3、1~36号元素的基态原子电子排布式/图
序数 元素 电子排布式 电子排布图
1 H
2 He
3 Li
4 Be
5 B
1s1
1s2
1s22s1
1s22s2
1s22s22p1
↑
1s
↑
↓
1s
↑
↓
↑
1s 2s
↑
↓
↑
1s 2s
↓
↑
↓
↑
1s 2s 2p
↓
↑
三、基态原子的核外电子排布
3、1~36号元素的基态原子电子排布式/图
序数 元素 电子排布式 电子排布图
6 C
7 N
8 O
9 F
10 Ne
1s22s22p2
↑
↓
↑
1s 2s 2p
↓
↑
↑
1s22s22p3
↑
↓
↑
1s 2s 2p
↓
↑
↑
↑
1s22s22p4
1s22s22p5
1s22s22p6
↑
↓
↑
1s 2s 2p
↓
↑
↑
↑
↓
↑
↓
↑
1s 2s 2p
↓
↑
↑
↑
↓
↓
↑
↓
↑
1s 2s 2p
↓
↑
↑
↑
↓
↓
↓
三、基态原子的核外电子排布
3、1~36号元素的基态原子电子排布式/图
序数 元素 电子排布式 电子排布图
11 Na
12 Mg
13 Al
14 Si
15 P
1s22s22p63s1
1s22s22p63s2
1s22s22p63s23p1
1s22s22p63s23p2
1s22s22p63s23p3
↑
↓
↑
1s 2s 2p
↓
↑
↑
↑
↓
↓
↓
↑
3s
↑
↓
↑
1s 2s 2p
↓
↑
↑
↑
↓
↓
↓
↑
↓
3s
3p
↑
……
↑
↓
3s
3p
↑
……
↑
↓
3s
↑
3p
↑
……
↑
↓
3s
↑
↑
三、基态原子的核外电子排布
3、1~36号元素的基态原子电子排布式/图
序数 元素 电子排布式 电子排布图
16 S
17 Cl
18 Ar
19 K
20 Ca
1s22s22p63s23p4
1s22s22p63s23p5
1s22s22p63s23p6
[Ar]4s1
[Ar]4s2
三、基态原子的核外电子排布
3、1~36号元素的基态原子电子排布式/图
序数 元素 电子排布式 电子排布图
21 Sc
22 Ti
23 V
24* Cr
25 Mn
[Ar]3d14s2
[Ar]3d24s2
[Ar]3d34s2
[Ar]3d44s2
[Ar]3d54s2
[Ar]3d54s1
三、基态原子的核外电子排布
3、1~36号元素的基态原子电子排布式/图
序数 元素 电子排布式 电子排布图
26 Fe
27 Co
28 Ni
29* Cu
30 Zn
[Ar]3d64s2
[Ar]3d74s2
[Ar]3d94s2
[Ar]3d94s2
[Ar]3d104s2
[Ar]3d104s1
三、基态原子的核外电子排布
序数 元素 电子排布式 电子排布图
31 Ga
32 Ge
33 As
34 Se
35 Br
36 Kr
[Ar]3d104s24p1
[Ar]3d104s24p2
[Ar]3d104s24p3
[Ar]3d104s24p4
[Ar]3d104s24p5
[Ar]3d104s24p6
三、基态原子的核外电子排布
3、1~36号元素的基态原子电子排布式/图
注意：
①根据构造原理，电子在填充时，存在能级交错形象，如Fe原子的电子填充顺序是：
1s2→2s2→2p6→3s2→3p6→4s2→3d6
书写时一般按照同一能层的不同能级由低能量向高能量顺序书写，即Fe原子的基态电子排布应写为：1s22s22p63s23p63d64s2
三、基态原子的核外电子排布
3、1~36号元素的基态原子电子排布式/图
注意：
②在内层原子轨道上运动的电子能量低，在外层原子轨道上运动的电子能量较高，因此一般的化学反应只涉及外层原子轨道上是电子，我们称这些电子为价电子(又称作原子的外围电子)。元素的化学性质与价电子的数目密切相关。
如Fe原子的基态电子排布：[Ar] 3d64s2
原子实
价电子
三、基态原子的核外电子排布
3、1~36号元素的基态原子电子排布式/图
注意：
③1~36号元素中，Cu元素和Cr元素原子的核外电子排布是特殊的。
如：Cu元素[Ar]3d104s1 (使3d全充满)
Cr元素[Ar]3d54s1 (使3d半充满)
三、基态原子的核外电子排布
3、1~36号元素的基态原子电子排布式/图
注意：
④实验表明，当原子失去电子形成阳离子时，总是首先失去外层电子。
例如基态Fe原子的价层电子构型为3d64s2
则基态Fe2＋原子的价层电子构型为_______
基态Fe3＋原子的价层电子构型为_______
3d6
3d5