Transcript 原子核外电子运动
人类对原子结构的认识历史 原子是组成 物体的不可分割 的最小微粒。 水的原子平 滑呈圆形，因此 水才能流动而无 固定形状。火的 原子是多刺的， 这就是烧灼使人 痛苦的原因。 德谟克利特（古希腊 学者前460～前362） ①原子是不能再分的粒子； ②同种元素的原子的各种性 质和质量都相同，不同元素 的原子，其形状、质量不同， 各种性质也不相同； ③原子是很小的实心球体。 道尔顿 道尔顿的原子论与已发现的 元素相对应，有多少种元素 （1766～1844） 就有多少种原子。 英国化学家 1897年4月30日发现了电子 葡萄干面包模型 汤姆逊 (1856～1940) 用高速飞行的α粒子作为 炮弹，去轰击极薄的金箔 “行星系式”的原子模 型 卢瑟福 （1871～1937） 当电子绕核运动时应该 不断地辐射电磁波，电子的 运动能量也应不断减少，最 后会使电子坠落到原子核上， 原来的原子很快就会毁灭 电子在绕核运动中能量 逐渐减少，辐射的电磁波的 频率应是逐渐变化的，发出 （1885～1962） 的光谱应是连续的，但实际 测得的原子光谱，却不是连 续的光谱 原子的量子化轨道模型假说 电子只能在具有一定能量的 特定轨道上运动而不能在任 意轨道上运动，电子在这些 特定轨道上运动时，既不吸 收能量也不辐射能量。当电 1913年提出 子从能量高的轨道向能量低 依据是普朗克 的轨道跃迁时，它们就发射 的量子理论 电磁波，反之就吸收电磁波。 普朗克 德国物理学家 电子在核外有些地方出现 的几率大，在有些地方出现的 几率少，通常用所谓的“电子 云”名称形象地加以描述。电 子运动的轨道也不是传统意义 上的轨道，而是通过求解薛定 谔波动方程的一个统计值，指 的是电子出现几率最大的区域。 这个建立在量子力学基础上的 原子结构模型才是今天我们认 识的、完整的、科学的原子结 构理论。 1.人类认识原子结构的历史 德谟克利特：朴素原子观 道尔顿：原子学说 1803 汤姆生：“葡萄干面包式” 模1904 型 卢瑟福：带核原子结构模型 1911 玻尔：原子轨道模型 1913 现代量子力学模型 1926 2.我们所认识的原子结构 （1）原子的基本构成粒子 （2）粒子的电性 （3）数量关系、质量、体积特点 电子的质量仅为质子质量的1/1836 运动物体 汽车 速率（Km/S) 0.03 乒乓球直径 410-2 m 炮弹 人造卫星 宇宙飞船 电子 2 7.8 11 2200 核外电子运动空间范围 n10-10 m 1、核外电子运动特征： 质量小、速度大、运动空间小 测不准 图中 表示原子核，一个小黑点代表 电子在这里出现过一次 小黑点的疏密表示电子在核外空间 单位体积内出现的概率的大小。 巩固练习 1、关于“电子云”的描述中，正确的是D A、一个小黑点表示一个电子 B、小黑点代表电子数的多少 C、电子云是带正电的云雾 D、小黑点的疏密表示电子在核外空间单位 体积内出现机会的多少 2、多电子核外电子的运动 电子云 · 分层运动（排布）； 离核越远； 能量越高。 1 K 2 L 3 M 4 N 5 O 6 P 7 Q 2、下面关于多电子原子核外电子的运动 规律的叙述正确的是（ AD ） A、核外电子是分层运动的 B、所有电子在同一区域里运动 C、能量高的电子在离核近的区域运动 D、能量低的电子在离核低的区域运动 3、核外电子排布规律： （1）能量最低原理： 电子先排布在能量较 低的轨道上。 每层≤2n2个。 （2） 最外层≤ 8个（K层时≤2个），如果最 外层为8个（K层为2个）就达到了饱 和稳定结构。 次外层≤ 18个，倒数第三层≤ 32 4、原子结构示意图： 原子核 质子数 镁原子 （Mg ) 电子层 该层上的电子数 第一层 倒数第一层 最外层 次外层 电子层数为_______层。 核电荷数为1~18的元素的原子结构示意图 金属元素 非金属元素 稀有气体元素 最外层电子数 一般少于4个 最外层电子数 一般多于4个 最外层电子数 已达到最多（2 个或8个） 画出K、Ca、Fe原子的原子结构示意图： K Ca Fe 结论：同一电子层内，电子能量也并非完全相同。 5、原子轨道——电子亚层 量子力学研究表明，处于同一电子层 的原子核外电子，也可以在不同类型的原 子轨道上运动。 轨道的类型不同，轨道的形状也不同。 用s、p、d、f分别表示不同形状的轨道。 s轨道：球形 p轨道：纺锤形 （1）原子轨道的特点: ①s原子轨道是球形的，p原子轨道是纺锤形的； ②s轨道是球形对称的，所以只有1个轨道； ③p轨道在空间上有x、y、z三个伸展方向， 所以p轨道包括px、py、pz3个轨道； ④d轨道有5个伸展方向（5个轨道） f轨道有7个伸展方向（7个轨道） ； (p11) （2）各电子层包含的原子轨道数目和可容纳的电子数 电子层 1 2 3 4 n 原子轨 道类型 原子轨道 数目 可容纳的 电子数目 2s，2p 1 4 2 8 3s，3p，3d 9 18 4s，4p，4d， 4f — 16 32 1s （3）各原子轨道的能量高低： 多电子原子中，电子填充原子轨道时，原子 轨道能量的高低存在如下规律： ①相同电子层上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…… ③电子层和形状相同的原子轨道的能量相 等，如2px、2py、2pz轨道的能量相等。 2px＝2py＝2pz 3、有下列四种轨道：①2s、②2p、③ 3p、④4d，其中能量最高的是（ D ） A. 2s B.2p C.3p D.4d 4、用“＞”“＜”或“＝”表示下列各组 多电子原子的原子轨道能量的高低 ⑴3s ⑶3s ＜ ＜ 3p ⑵2px 3d ⑷4s ＝ ＞ 2py 3p 5、比较下列多电子原子的原子轨道能 量的高低 ⑴2s ⑵3s 2p 3p 4s 2s＜2p＜4s 4p 3s＜3p＜4p （4）电子自旋： 原子核外电子还有一种称为“自旋” 的运动。原子核外电子的自旋可以有两 种不同的状态，通常人们用向上箭头 “↑”和向下箭头“↓”来表示这两种 不同的自旋状态。当然，“电子自旋” 并非真像地球绕轴自旋一样，它只是代 表电子的两种不同状态。 填空： 处于同一电子层的原子核外电子,也可以在不 同类型的原子轨道 上运动,轨道类型 不同，轨道 的形状也不同。 S轨道是 球形 对称的,所以S轨 道 1 个轨道；P轨道在空间有 x、y、z 个 伸展方向,所以P轨道包括 px、py、pz 3 个 轨道；d轨道有 5 个轨道、f轨道有 7 个 轨道。每一个原子轨道上只能有 2 个自旋 状态不同的核外电子。 描述原子核外电子的运动 状态涉及电子层、原子轨道和电 子自旋。科学家经过研究发现， 原子核外电子的排布遵循能量最 低原理、泡利不相容原理和洪特 规则。 1．原子核外电子排布原理 （1）能量最低原理。原子核外 电子先占有能量低的轨道．然 后依次进入能量较高的轨道。 （2）泡利不相容原理。每个原 子轨道上最多只能容纳两个自 旋状态不同的电子。 （3）洪特规则。原子核外电子 在能量相同的各个轨道上排布 时①电子尽可能分占不同的原 子轨道， ②自旋状态相同， ③全充或半充满时能量最低。 2．原子的电子排布式和轨道表示式 (1)电子排布式的书写格式： ①元素符号； ②轨道符号(带电子层数)； ③电子个数(右上角)。 练习:写出下列元素的电子排布式: Na：1s22s22p63s1 K： 1s22s22p63s23p64s1 22s22p63s23p64s23d104p65s1 1s Rb： 2．原子的电子排布式和轨道表示式 (2)轨道表示式的书写格式： ①元素符号； ②轨道框(一个轨道一个框，能量相同的轨 道连在一起)； ③电子及自旋状态(↑、↓)。 练习:画出下列元素的轨道表示式: C： Na： N： Mg： 练习:画出1~36号元素的轨道表示式。 (3)原子外围电子排布式： ①原子实：将原子内层已达到稀有气体结构 的部分写成“原子实”，以稀有气体的元素 符号外加方括号表示。 ②在化学反应中，原子外围电子发生变化， 而“原子实”不受影响。 ③也可以省去“原子实”，直接写出原子外 围电子排布式。 练习:写出下列元素的原子实表示式: Na： S： Ca: Br: 练习:写出下列原子的电子排布式、轨 道表示式、原子结构示意图、原子实表 示式、原子外围电子排布式、主族元素 的电子式。 ①H ②He ③C ④N ⑤Ne ⑥Na ⑦Cl ⑧K ⑨Sc ⑩Cr ⑾Fe ⑿Cu ⒀Br 原子的发射与吸收光谱 低能量轨道电子 吸收能量 原子吸收光谱 高能量轨道电子 放出能量 原子发射光谱 低能量轨道电子