1.1 课时3 电子云与原子轨道 课件 (共23张PPT)2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修2

(共23张PPT)
第一章 原子结构与性质
第一节 原子结构 课时3
1.知道电子的运动状态(空间分布及能量)可通过原子轨道和电子云模型来描述。
2.能说明模型构建在人类认识原子结构过程中的重要性。
1911年，英国物理学家卢瑟福根据1910年进行的α粒子散射实验，提出了原子结构的行星模型。在这个模型里，电子像太阳系的行星围绕太阳转一样围绕着原子核旋转。
α粒子散射实验
原子核外的电子运动状态是怎么样呢？
氢原子模型
1913年，丹麦科学家玻尔在卢瑟福模型的基础上，他提出了氢原子模型，电子在线性轨道上运行，解决了原子结构的稳定性问题，描绘出了完整而令人信服的原子结构学说。氢原子结构理论成功的阐述了原子的稳定性，氢原子光谱的产生和不连续性。
氢原子光谱与氢原子能级
1.概率密度：
1926年，量子力学推翻了玻尔的氢原子模型，指出一定空间运动状态的电子并不在玻尔假定的线性轨道上运行，而在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同，可以算出它们的概率密度分布。
一、电子云
P 表示电子在某处出现的概率
V 表示该处的体积
图1-7 氢原子1s电子在原子核外出现的概率密度分布图
图1-7的点是什么呢？是电子吗？
小点是1s电子在原子核外出现的概率密度的形象描述。小点越密，表明概率密度越大。由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象的称作“电子云”。
2.电子云概念
s电子云呈球形，p电子云呈哑铃形。
对电子云图的说明
(1)电子云图表示电子在核外空间某处出现的概率,不代表电子的运动轨迹。
(2)电子云图中的小黑点是电子在原子核外出现的概率密度的形象描述,小黑点越密,表明电子在核外出现的概率密度越大。
(3)电子云图很难绘制,使用不方便,故常使用电子云轮廓图。
3.电子云轮廓图：
常把电子在原子核外空间出现的概率P=90%的空间圈起来,即为电子云轮廓图。
如1s电子云轮廓图的绘制过程:
绘制电子云轮廓图的目的：表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述。
同一原子的s电子的电子云轮廓图
1s
2s
3s
4s
所有原子的任意能层的s电子的电子云轮廓图都是一个球形，只是球的半径不同。同一原子的能层越高，s电子云半径越大，是由于电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。
就像宇宙飞船必须提供能量推动才能克服地球引力上天，2s电子比1s电子能量高，克服原子核的吸引在离核更远的空间出现的概率就比1s大，因而2s电子云必然比1s电子云更弥散。
（1）s电子的电子云轮廓图
（2）p电子的电子云轮廓图
p电子云轮廓图是哑铃状的。每个p能级都有3个相互垂直的电子云，分别称为px、py,和pz，右下标x、y、z分别是p电子云在直角坐标系里的取向，如图所示。
图：px、py、pz的电子云轮廓图
p电子云轮廓图的平均半径随能层序数的增大而增大。
z
y
x
z
y
x
z
y
x
2p
3p
d能级的电子云是花瓣形的，有 个。
5
（3）d能级的电子云轮廓图
z
y
x
dxy orbital
z
y
x
dxz orbital
z
y
x
dyz orbital
z
y
x
z
y
x


（4）f能级的电子云轮廓图
z
y
x







z
y
x
z
y
x
z
y
x
z
y
x
z
y
x
z
y
x
二、原子轨道（电子云的轮廓）
量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。
1．定义：
2．能级与原子轨道数目的关系
能级符号 ns np nd nf
轨道数目 1 3 5 7
②s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道,它们互相垂直,分别以px、py、pz表示。在同一能层中px、py、pz的能量相同。同一能级中的轨道能量相等，称为简并轨道
③原子轨道数与能层序数(n)的关系:原子轨道数目=n2。
3.原子轨道与能层序数的关系
①不同能层的同种能级的原子轨道形状相同,只是半径不同。
同一原子的能层越高,s电子云半径越大,是由于电子
的能量依次增高,电子在离核更远的区域出现的概率
逐渐增大,电子云越来越向更大的空间扩展。
+
现代原子结构模型
原子轨道
能级 s p d f
原子轨道数
1 3 5 7
1s
2s
3s
4s
5s
2p
3p
4p
5p
3d
4d
5d
4f
5f
5g
4．s能级和p能级的原子轨道的对比
能级 s p
轨道图形
轨道形状 球形 哑铃形
轨道数目 1 3(空间相互垂直)
最多容纳电子数 2 6
相同点 ①均以原子核为对称中心 ②原子轨道的平均半径分别随能层数增大而增大,且同种能级符号的原子轨道形状相似
能层 能级 原子轨道数 原子轨道名称 电子云轮廓图的形状与取向
形状 取向
K 1s 1 1s 球形
L 2s 1 2s 球形
2p 3 2px、2py、2pz 哑铃形 相互垂直
M 3s 1 3s 球形
3p 3 3px、3py、3pz 哑铃形 相互垂直
3d 5 …… …… ……
N 4s 1 4s 球形
4p 3 4px、4py、4pz 哑铃形 相互垂直
4d 5 …… …… ……
4f 7 …… …… ……
…… …… …… …… …… ……
左表为不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图。
n能层
能级数：n
轨道数：n2
电子数：2n2
5.不同能层中的原子轨道
练一练
1.下列关于电子云的叙述中不正确的是(　　)
A.电子云是用小黑点的疏密程度来表示电子在核外空间出现概率大小的图形
B.电子云实际上是电子运动形成的类似云一样的图形
C.电子云图说明离核越近,电子出现概率越大;离核越远,电子出现概率越小
D.能级类别不同,电子云的形态也不一样
B　
2.如图是s能级和p能级的原子轨道图,下列说法正确的是(　　)
A.s能级和p能级的原子轨道形状相同
B.每个p能级都有6个原子轨道
C.s能级的原子轨道半径与能层序数有关
D.钠原子的电子在11个原子轨道上高速运动
C　　
3.下列说法正确的是(　　)
A.因为p轨道是“8”字形,所以p电子是“8”字形
B.能层数为3时,有3s、3p、3d 9个轨道
C.氢原子中只有1个电子,故氢原子核外只有1个轨道
D.电子云图即是电子云轮廓图,都是用来形象描述电子运动状态的
B 　　
4.下面是s能级、p能级的原子轨道图,据图回答下列问题:
(1)s能级的原子轨道呈　　　　形,每个s能级有　　个原子轨道;p能级中的原子轨道分别相对于x、y、z轴　　　　,每个p能级有　　　个原子轨道。
(2)s能级原子轨道、p能级原子轨道的半径与什么因素有关 是什么关系
球
对称
1
3
原子轨道的半径与能层数有关,并随能层数增大而增大
原子轨道
轨道形状
ns能级电子的原子轨道呈球形对称
np能级电子的原子轨道呈纺锤形或 哑铃形
各能级上的原子轨道数目
n s能级上1个轨道
n p能级上3个轨道
n d能级上5个轨道
n f能级上7个轨道
........
能量关系
(1) 同一能层上各原子轨道能量的高低：
ns＜np＜nd＜nf……
(2)形状相同的原子轨道能量的高低：
1s＜2s＜3s＜4s＜5s……
(3)同一能层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道的能量相等，如npx、npy和npz轨道的能量相等。