構(gòu)造原理與電子排布式電子云與原子軌道人教版高中化學(xué)選必二構(gòu)造原理與電子排布式——核外電子的填充規(guī)律

以光譜學(xué)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)造原理將

上所容納的電子數(shù)標在該能級符號

，并按照能層從左到右的順序排列的式子叫電子排布式。能級右上角為了避免電子排布式過于繁瑣，我們可以把內(nèi)層電子達到稀有氣體結(jié)構(gòu)的部分，

以相應(yīng)稀有氣體元素符號外加方括號來表示。簡化電子排布式原子序數(shù)元素名稱元素符號電子排布式KLMNO23釩V24鉻Cr25錳Mn26鐵Fe27鈷Co28鎳Ni29銅Cu30鋅Zn1s22s22p63s23p63d34s21s22s22p63s23p63d44s2×3d54s11s22s22p63s23p63d54s21s22s22p63s23p63d64s21s22s22p63s23p63d74s21s22s22p63s23p63d84s21s22s22p63s23p63d94s2×3d104s11s22s22p63s23p63d104s2不符合構(gòu)造原理構(gòu)造原理是被理想化的構(gòu)造原理是思維模型，是假想過程絕大多數(shù)原子核外電子的填充順序符合構(gòu)造原理中的能級順序。構(gòu)造原理呈現(xiàn)的能級交錯源于光譜學(xué)事實。24Cr：1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s129Cu：1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1均不符合構(gòu)造原理，構(gòu)造原理是被理想化了的。理解：當(dāng)p、d、f能級處于全空、全充滿或半充滿狀態(tài)時，能量相對較低，原子結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。為突出化合價與電子排布的關(guān)系，將在化學(xué)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)。通常元素周期表只給出價層電子排布。O1s22s22p4Si1s22s22p63s23p2

Cr1s22s22p63s23p63d54s12s22p4

3s23p23d54s1價電子的位置：①主族元素原子：價電子=最外層電子②過渡元素原子：價電子一般包括最外層的電子和次外層的電子價電子不一定就是最外層電子價層電子排布式電子排布式價層電子排布式為：ns1~2或ns2np1~5價層電子排布式為：(n-1)d1~10ns1~2試寫出下列原子的價層電子排布式①13Al：_______；②32Ge：_______；③34Se：_______。3s23p14s24p24s24p4同一族元素的價電子排布不一定相同，如第Ⅷ族中部分元素的價電子排布也不相同。要求熟練書寫1～36號元素原子的電子排布式離子的電子排布式先寫原子的電子排布式，再考慮得失電子的情況O2-：先寫O原子的電子排布式為1s22s22p4

，再_________，所以O(shè)2-的電子排布式為_________。1s22s22p6得2個電子主族元素的原子，一般只失去最外層電子，而過渡元素的原子可能還會進一步失去內(nèi)層電子。如Fe位于第四周期第Ⅷ族，其原子的核外電子排布式為[Ar]3d64s2，F(xiàn)e2＋的核外電子排布式為[Ar]3d6，F(xiàn)e3＋的核外電子排布式為[Ar]3d5。原子得到電子時，一般總是填充到最外能層未填滿的能級上。課堂練習(xí)√1.下列各基態(tài)原子或離子的電子排布式錯誤的是A.Ca2＋：1s22s22p63s23p6B.O2－：1s22s22p4C.Cl－：[Ne]3s23p6D.Ar：1s22s22p63s23p6課堂練習(xí)請寫出K+、S2-、29Cu2+

離子的電子排布式？K+

：1s22s22p63s23p6S2-

：1s22s22p63s23p6Cu2+

：1s22s22p63s23p63d9構(gòu)造原理與電子排布式電子排布式的書寫電子填充:

依據(jù)構(gòu)造原理書寫電子排布式：按能層序號由低到高;構(gòu)造原理E(4s)＜E(4p)＜E(4d)＜E(4f)相同能層：同類能級：E(1s)＜E(2s)＜E(3s)＜E(4s)能級交錯幾個特例:Cr[Ar]3d54s1;Cu[Ar]3d104s1?！咀⒁狻?0號以后的元素，要注意能級交錯現(xiàn)象;課堂練習(xí)√1.下列敘述不正確的是A．越易失去的電子能量越高B．在離核越遠區(qū)域內(nèi)運動的電子能量越高C．p能級電子能量一定高于s能級電子能量D．在離核越近區(qū)域內(nèi)運動的電子能量越低2.若以E表示某能級的能量，下列能量大小順序中正確的是A．E（3s）>E（2s）>E（1s）B．E（3s）>E（3p）>E（3d）C．E（4f）>E（4s）>E（4d）D．E（5s）>E（4s）>E（5f）√課堂練習(xí)√3.下列電子排布式中，表示的是激發(fā)態(tài)原子的是A．1s22s22p5

B．C．D．

一個新的科學(xué)真理會勝出，通常不是因為說服了反對者，敦促他們了解新知，而是因為反對者死掉了，新的一代成長起來?！柫孔恿W(xué)的發(fā)展1927年第五屆索爾維會議19世紀末，經(jīng)典力學(xué)和經(jīng)典電動力學(xué)在描述微觀系統(tǒng)時的不足越來越明顯。量子力學(xué)是在20世紀初由馬克斯·普朗克、尼爾斯·玻爾、沃納·海森堡、埃爾溫·薛定諤、沃爾夫?qū)づ堇?、路易·德布羅意、馬克斯·玻恩、恩里科·費米、保羅·狄拉克、阿爾伯特·愛因斯坦、康普頓等一大批物理學(xué)家共同創(chuàng)立的。宏觀物體的運動軌跡電子的運動軌跡是什么樣子？核外電子的運動宏觀物體電子質(zhì)量很大速度較慢空間大軌跡可描述（畫圖或函數(shù)描述）核外電子運動有何特點?問題探究很小很快(接近光速)極小不可確定

宏觀物體的運動可以準確地測出它們在某一時刻所處的位置及運行的速度；可以描畫它們的運動軌跡。

核外電子質(zhì)量小(只有9.11×10-31kg)，運動空間?。ㄏ鄬τ诤暧^物體而言），運動速率大(近光速)；無確定的軌道，無法描述其運動軌跡；無法計算電子在某一刻所在的位置，只能指出其在核外空間某處出現(xiàn)的機會的多少(概率)。德國物理學(xué)家、量子力學(xué)的創(chuàng)立者海森堡1927年發(fā)表著名的海森堡測不準原理1932年獲諾貝爾物理學(xué)獎

無法同時精確測量某個電子在某一時刻的位置和速率。1913年，波爾提出氫原子模型，電子在線性軌道上繞核運行1926年，玻爾建立的線性軌道模型被量子力學(xué)推翻。1926年奧地利物理學(xué)家薛定諤提出：可以用一個數(shù)學(xué)方程描述核外電子的運動狀態(tài)，為近代量子力學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)。核外電子的運動特點量子力學(xué)指出：一定空間運動狀態(tài)的電子并不在玻爾假設(shè)的線性軌道上運動，而是在核外空間各處都可以出現(xiàn)，只是出現(xiàn)的概率不同，可以算出其概率密度分布。薛定諤方程1926～1935年現(xiàn)代電子云模型問題探究研究核外電子運動，你認為選什么原子?氫原子的五次瞬間照相5張照片疊印100張照片疊印1000張照片疊印用小黑點的疏密來表示小黑點密處表示電子出現(xiàn)的概率密度大，小黑點疏處概率密度小看上去好像一片帶負電的云霧籠罩在原子核周圍電子云

用P表示電子在某處出現(xiàn)的概率，V表示該處的體積，則稱為概率密度，用ρ表示1.概率密度一、電子云-量子力學(xué)

小點不代表電子，也不代表電子實際出現(xiàn)的次數(shù)。小點是1s電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度的形象描述。氫原子小點越密，表明概率密度越大。電子云由于核外電子的概率密度分布看起來像一片云霧，因而被形象地稱作電子云。電子云：處于一定空間運動狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述。不代表電子的運動軌跡。電子云輪廓圖電子云圖很難繪制，使用不便，我們常使用電子云輪廓圖。①繪制電子云輪廓圖的目的：表示電子云輪廓的形狀，對核外電子的空間運動狀態(tài)有一個形象化的簡便描述。②繪制電子云輪廓圖：把電子在原子核外空間出現(xiàn)概率P=90%的空間圈出來。電子云輪廓圖的繪制過程球形輪廓圖電子云輪廓圖同一原子的s電子的電子云輪廓圖1.所有原子的任一能層的s能級電子的電子云輪廓圖都是球形，只是球的半徑不同。

2.同一原子的能層越高，s電子云半徑越大。由于電子能量依次增高，電子在離核更遠的區(qū)域出現(xiàn)的概率逐漸增大，電子云越來越向更大的空間擴展。3.s電子云只有一種空間伸展方向。4.除s電子云外，其他電子云輪廓圖都不是球形的。②p電子的電子云輪廓Pz、Py、Px的電子云輪廓圖相似點：p電子云的形狀是啞鈴狀的，同一能層中px、py、pz的能量相同遞變性：能層序數(shù)越大，p電子云半徑越大(x、y、z分別是p電子云在直角坐標系里的取向)一、電子云啞鈴形（有3種不同的空間運動狀態(tài))d的電子云輪廓圖(五個伸展方向）f的電子云輪廓圖（七個伸展方向）一、電子云原子軌道量子力學(xué)把電子在原子核外的一個_____________稱為一個原子軌道。因此常用電子云輪廓圖的形狀和取向來表示原子軌道的形狀和取向?？臻g運動狀態(tài)不同能層的不同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，故能層序數(shù)越大，原子軌道半徑越大。ns原子軌道nd原子軌道有5個np原子軌道有3個nf原子軌道有7個能量相同的軌道稱為簡并軌道,如同一能級中px、py、pz的能量相同，稱為簡并軌道。原子軌道能層能級原子軌道數(shù)原子軌道名稱原子軌道的形狀和取向K1s11s球形——L2s12s球形——2p32px、2py、2pz啞鈴形互相垂直M3s13s球形——3p33px、3py、3pz啞鈴形互相垂直3d5………………N4s14s球形——4p34px、4py、4pz啞鈴形互相垂直4d5……………...4f7………………原子軌道數(shù)與能層序數(shù)(n)的關(guān)系：原子軌道數(shù)目=n2。1、s能級和p能級的原子軌道存在哪些方面的差異？

軌道形狀、數(shù)目、最多容納電子數(shù)等不同。2、不同能層中的s軌道和p軌道電子云輪廓分別相同嗎？能量分別相同嗎？

電子云輪廓相同(s軌道均為球形，p軌道均為啞鈴形)；能量不同(能層序數(shù)越大，能量越高)。【思考與討論】3、基態(tài)原子的核外電子填充在6個軌道的元素有幾種？

填充在7個軌道中的元素有幾種？

s、p能級分別有1、3個原子軌道，按照構(gòu)造原理，核外電子填充在6個軌道的元素為1s22s22p63s1(Na)和1s22s22p63s2(Mg)，共2種；填充在7個軌道中的元素只有1s22s22p63s23p1(Al)一種元素。課堂練習(xí)-正誤判斷(1)電子的運動與行星相似，圍繞原子核在固定軌道上高速旋轉(zhuǎn)(

)(2)1s的電子云圖中一個小點表示一個自由運動的電子(

)(3)2p、3p、4p能級的軌道數(shù)依次增多(

)(4)2px、2py、2pz軌道相互垂直，但能量相等(

)××√×課堂練習(xí)1.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(guān)說法正確的是A.圖1中的每個小點表示1個電子B.圖2表示1s電子只能在球體內(nèi)出現(xiàn)C.圖2表明1s軌道呈球形，有無數(shù)條對稱軸D.圖1中的小點表示電子在核外所處的位置√課堂練習(xí)√2.下列有關(guān)原子軌道和電子云的說法正確的是A.s軌道呈球形，隨能層序數(shù)的增加，s軌道數(shù)也增加B.p軌道呈啞鈴形，p軌道電子繞核做“∞”形運動C.電子云是籠罩在原子核外的云霧D.電子云輪廓圖中小點的疏密程度表示電子在原子核外空間出現(xiàn)概率