原子结构课件

1、第一节第一节 原子结构原子结构化学研究的是构成宏观物体的物质。化学研究的是构成宏观物体的物质。一、研究物质的组成与结一、研究物质的组成与结构构二、研究物质的性质、变化、合成二、研究物质的性质、变化、合成二者的关系如何？二者的关系如何？结构决定性质、性质反映结构结构决定性质、性质反映结构1. 化学变化中最小的微粒是什么？化学变化中最小的微粒是什么？2. 原子能否再分呢？原子如何构成？原子能否再分呢？原子如何构成？3. 原子核的构成如何？原子核的构成如何？回顾：回顾：原子的构成原子的构成原子原子原子核原子核核外电子核外电子 质子质子 中子中子宇宙大爆炸宇宙大爆炸2h2h后后诞生诞生大量的氢大量的氢

2、大量的氦大量的氦极少量的锂极少量的锂原子核的原子核的熔合反应熔合反应合成合成其他元素其他元素一一. . 原子结构模型原子结构模型（人类对原子结构的认识历史）人类对原子结构的认识历史） 第一节第一节 原子结构原子结构19321932年勒梅特首次提出了现代大年勒梅特首次提出了现代大爆炸爆炸宇宙学宇宙学理论理论 1 1、开天辟地开天辟地原子的诞生原子的诞生 思考与交流思考与交流宇宙中最丰富的元素是那一种？宇宙中最丰富的元素是那一种？宇宙年龄有多大？地球年龄有多大？宇宙年龄有多大？地球年龄有多大？氢元素宇宙中最丰富的元素占氢元素宇宙中最丰富的元素占88.6%88.6%（氦（氦1 18 8），另外还有，

3、另外还有9090多种元素，宇宙年龄距近约多种元素，宇宙年龄距近约140140亿年亿年，地球年龄已有，地球年龄已有4646亿年。亿年。思考与交流2 2、人类认识原、人类认识原子的过程子的过程 人类在认识自然的过人类在认识自然的过程中，经历了无数的艰程中，经历了无数的艰辛，正是因为有了无数辛，正是因为有了无数的探索者，才使人类对的探索者，才使人类对事物的认识一步步地走事物的认识一步步地走向深入，也越来越接近向深入，也越来越接近事物的本质事物的本质。随着现代。随着现代科学技术的发展，我们科学技术的发展，我们现在所学习的科学理论，现在所学习的科学理论，还会随着人类对客观事还会随着人类对客观事物的认识而

4、不断地深入物的认识而不断地深入和发展。和发展。近近代代原原子子论论发发现现电电子子带核原子结构模型带核原子结构模型轨道原子结构模型轨道原子结构模型近代科学原子论（近代科学原子论（18031803年）年） 一切物质都是由最小的一切物质都是由最小的不能再分的粒子不能再分的粒子原原子构成。子构成。 原子模型：原子是坚实原子模型：原子是坚实的、不可再分的实心球。的、不可再分的实心球。英国化学家道尔顿英国化学家道尔顿（J.Dalton , 17661844)J.Dalton , 17661844)道尔顿原子模型原子并不是构成物质的最小微粒原子并不是构成物质的最小微粒 汤姆生发现了电子汤姆生发现了电子(1

5、897(1897年年) ) 电子是种带负电、有一电子是种带负电、有一定质量的微粒，普遍存定质量的微粒，普遍存在于各种原子之中。在于各种原子之中。 汤姆生原子模型汤姆生原子模型：原子：原子是一个平均分布着正电是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了电荷，许多电子，中和了电荷，从而形成了中性原子。从而形成了中性原子。原子是一个球体，正原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个电荷均匀分布在整个球体内球体内，电子像面包里，电子像面包里的葡萄干镶嵌其中的葡萄干镶嵌其中。英国物理学家汤姆生英国物理学家汤姆生（J.J.Thomson ,18561940J.J.Thomson

6、,18561940）汤姆生原子模型汤姆生原子模型粒子散射实验（粒子散射实验（19091909年）年）原子有核原子有核 卢瑟福和他的助手做了著名卢瑟福和他的助手做了著名粒子散射实验粒子散射实验。根据实验，。根据实验，卢瑟福在卢瑟福在19111911年提出原子有年提出原子有核模型。核模型。 卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型（又称行又称行星原子模型星原子模型）：原子是由）：原子是由居于原子中心的带正电的原居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构子核和核外带负电的电子构成。原子核的质量几乎等于成。原子核的质量几乎等于原子的全部质量，电子在原原子的全部质量，电子在原子核外空间绕核做高速运动。子核外空

7、间绕核做高速运动。英国科学家卢瑟福英国科学家卢瑟福（E.Rutherford,18711937)E.Rutherford,18711937)卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型玻尔玻尔原子模型（原子模型（19131913年）年） 玻尔借助诞生不久的量子玻尔借助诞生不久的量子理论改进了卢瑟福的模型。理论改进了卢瑟福的模型。 玻尔原子模型玻尔原子模型（又称分层又称分层模型模型）：当原子只有一个）：当原子只有一个电子时，电子沿电子时，电子沿特定球形特定球形轨道轨道运转；当原子有多个运转；当原子有多个电子时，它们将分布在多电子时，它们将分布在多个球壳中绕核运动。个球壳中绕核运动。 不同的电子运转轨道是具不同的

8、电子运转轨道是具有一定级差的稳定轨道。有一定级差的稳定轨道。丹麦物理学家玻尔丹麦物理学家玻尔（N.Bohr,18851962)N.Bohr,18851962)玻尔原子模型玻尔原子模型电子云模型电子云模型电子云模型（现代物质结构学说）（现代物质结构学说） 现代科学家们在实验中发现，电子在原子核现代科学家们在实验中发现，电子在原子核周围有的区域出现的次数多，有的区域出现周围有的区域出现的次数多，有的区域出现的次数少。电子在核外空间的概率分布图就的次数少。电子在核外空间的概率分布图就像像“云雾云雾”笼罩在原子核周围。因而提出了笼罩在原子核周围。因而提出了“电子云模型电子云模型”。 电子云密度大的地方

9、，表明电子在核外单位电子云密度大的地方，表明电子在核外单位体积内出现的机会多，反之，出现的机会少。体积内出现的机会多，反之，出现的机会少。 如：如：氢原子的电子云氢原子的电子云电子云电子云现代物质结构学说现代物质结构学说 人类在认识自然的过人类在认识自然的过程中，经历了无数的艰程中，经历了无数的艰辛，正是因为有了无数辛，正是因为有了无数的探索者，才使人类对的探索者，才使人类对事物的认识一步步地走事物的认识一步步地走向深入，也越来越接近向深入，也越来越接近事物的本质事物的本质。随着现代。随着现代科学技术的发展，我们科学技术的发展，我们现在所学习的科学理论，现在所学习的科学理论，还会随着人类对客观

10、事还会随着人类对客观事物的认识而不断地深入物的认识而不断地深入和发展。和发展。二、核外电子排布规律二、核外电子排布规律 、核外电子运动的能量是不连续的，分为不同的能级。、核外电子运动的能量是不连续的，分为不同的能级。、核外电子运动的空间极小，运动速度极快。、核外电子运动的空间极小，运动速度极快。、没有固定的运动轨迹，也无法测出某一时刻具体位置，没有固定的运动轨迹，也无法测出某一时刻具体位置，遵循概率率分布统计规律。遵循概率率分布统计规律。电子在核外空间的概率分布图就像电子在核外空间的概率分布图就像“云雾云雾”笼罩在原子笼罩在原子核周围。用核周围。用“电子云模型电子云模型”描述。描述。2 2、能

11、层与能级能层与能级（1）能层（即电子层）能层（即电子层）在多电子的原子核外电在多电子的原子核外电子的能量是不同的，按电子的能量差异，可以子的能量是不同的，按电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的能层，能层的表示方法将核外电子分成不同的能层，能层的表示方法及各能层所能容纳的最多电子如下：及各能层所能容纳的最多电子如下：能层的表示能层的表示（1）各能层最多能容纳各能层最多能容纳2n2个电子。个电子。 即：能层序号即：能层序号 1 2 3 4 5 6 7 符符 号号 K L M N O P Q 最多电子数最多电子数 2 8 18 32 50 72 98（2）最外层电子数目不超过最外层电子数目不超过

12、8个（个（K层为最外层时层为最外层时 不超过不超过2个）；次外层电子数最多不超过个）；次外层电子数最多不超过18 个；倒数第三层不超过个；倒数第三层不超过32个。个。原子核外电子分层排布规律：原子核外电子分层排布规律：（3）核外电子总是尽先排满能量最低、离核最近核外电子总是尽先排满能量最低、离核最近 的能层，然后才由里往外，依次排在能量的能层，然后才由里往外，依次排在能量 较高能层。而失电子总是先失最外层电子。较高能层。而失电子总是先失最外层电子。注意：注意： 以以上几点是相上几点是相互联系的，互联系的，不能孤立地不能孤立地理解，必须理解，必须同时满足各同时满足各项要求。项要求。依据核外电子的

13、能量不同：依据核外电子的能量不同：离核远近：离核远近：近近 远远 能量高低：能量高低：低低 高高核外电子分层排布结果核外电子分层排布结果1234567KLMNOPQ巩固练习巩固练习: 根据核外电子排布规律，写出根据核外电子排布规律，写出16S 、18Ar 、19K、26Fe的原子结构示意图的原子结构示意图答案：答案：+162 8 616S+182 8 818Ar+1912 8 819K+2622 8 1426Fe（2 2）能级）能级能级的表示方法及各能级所容纳的最多电子数：能级的表示方法及各能级所容纳的最多电子数：在多电子原子中，同一能层的电子，能量可以不同，在多电子原子中，同一能层的电子，能

14、量可以不同，还可以把它们分成能级。还可以把它们分成能级。 每一能层中所含能级个数与能层序数每一能层中所含能级个数与能层序数n相等相等 即即每一能层中的能级都从每一能层中的能级都从S能级开始依次能级开始依次ns、np、nd、nf1、每一个能层所包含能级的个数与能层的序数有、每一个能层所包含能级的个数与能层的序数有什么样的关系？什么样的关系？问题思考：问题思考：2、每一个能层所包含能级从哪个能级开始的？依、每一个能层所包含能级从哪个能级开始的？依次是什么能级？次是什么能级？ 同一能层中同一能层中EnsEnpEndEnfs、p、d、f各能级最多可容纳的电子数依次为各能级最多可容纳的电子数依次为 1、

15、3、5、7的二倍的二倍不同能层中符号相同的能级最多容纳的电子数相同不同能层中符号相同的能级最多容纳的电子数相同3、同一能层中，各能级能量大小关系如何？不同、同一能层中，各能级能量大小关系如何？不同能层中，符号相同的能级中所容纳的最多电子数能层中，符号相同的能级中所容纳的最多电子数是否相同？是否相同？ s、p、d、f 能级所容纳最多电子数能级所容纳最多电子数分别是多少？分别是多少？ 表示第表示第4能层能层f能级上排布能级上排布8个电子个电子4、 “4f 8”的含义是什么？的含义是什么？三、构造原理与电子排布式三、构造原理与电子排布式1构造原理构造原理(1)含义含义在多电子原子中，电子在能级上的排

16、布顺在多电子原子中，电子在能级上的排布顺序是：电子先排在能量序是：电子先排在能量_的能级上，然的能级上，然后依次排在能量后依次排在能量_的能级上。的能级上。低低较高较高（2）思考感悟）思考感悟(1)“能层越大，能级的能量越高。能层越大，能级的能量越高。”对吗？对吗？(2)为什么为什么K原子的原子结构示意图不是原子的原子结构示意图不是（3 3）、构造原理与能量最低原理）、构造原理与能量最低原理 构造原理：构造原理：随原子核电荷随原子核电荷数递增，绝大数递增，绝大多数原子核外多数原子核外电子的排布遵电子的排布遵循如右图的排循如右图的排布顺序，这个布顺序，这个排布顺序被称排布顺序被称为为构造原理构造

17、原理。核外电子总是尽量先排布在能核外电子总是尽量先排布在能量较低的能级，然后由里向外，量较低的能级，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的能依次排布在能量逐步升高的能级。级。【提示提示】(1)从构造原理图中可以看出能级的能量高低从构造原理图中可以看出能级的能量高低除了符合除了符合E(ns)E(np)E(nd)E(nf)和和E(1s)E(2s)E(3s)E(4s)、E(4d)E(5s)、E(5d)E(6s)、E(6d)E(7s)、E(4f)E(5p)、E(4f)E(6s)等。等。(2)由于出现能级交错现象，由于出现能级交错现象，K原子排满第一层和第二层后，原子排满第一层和第二层后，在排第三层时，

18、先排满在排第三层时，先排满3s能级、能级、3p能级，最后一个电子能级，最后一个电子进入进入4s能级而不是能级而不是3d能级，所以它的原子结构示意图为：能级，所以它的原子结构示意图为：构造原理中排布顺序的结果构造原理中排布顺序的结果1)相同能层的不同能级的能量高低顺序相同能层的不同能级的能量高低顺序 ： nsnpndnf2)英文字母相同的不同能级的能量高低顺序：英文字母相同的不同能级的能量高低顺序： 1s2s3s4s；2p3p4p; 3d4d3) 不同层不同能级可由下面的公式得出不同层不同能级可由下面的公式得出: : ns (n-2)f (n-1)d np (n为能层序数为能层序数)称称为为能级

19、交错现象能级交错现象-各能级的能量高低顺序各能级的能量高低顺序 4) 不同层不同能级能量由低到高顺序不同层不同能级能量由低到高顺序 : : 1s 2s 2p3s 3p4s 3d4p5s 4d5p6s 1s 2s 2p3s 3p4s 3d4p5s 4d5p6s 4f5d6p7s 5f6d7p4f5d6p7s 5f6d7p2 2、电子排布式：、电子排布式：氢氢 H H钠钠 Na Na 钾钾 K K1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s1 11s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 64s4s1 11s1s1 1（1）用数字在）用数字在能级符号右上角能级符号右上

20、角表明该能级上表明该能级上的排布的的排布的电子数电子数。（2）虽然电子排布是遵循构造原理的，但书写电）虽然电子排布是遵循构造原理的，但书写电子排布式时应子排布式时应将能层低的能级写在左边，而不能将能层低的能级写在左边，而不能按填充顺序写。按填充顺序写。如铁原子的电子排布式是：如铁原子的电子排布式是：1s2 2s22p6 3s23p63d6 4s2 ，而不能写作：而不能写作： 1s2 2s22p6 3s23p6 4s23d6请根据构造原理，写出下列元素基态原子的电请根据构造原理，写出下列元素基态原子的电子排布式：子排布式：（1 1）N N 。（2 2）Ne Ne 。（3 3）S S 。（4 4）

21、Ca Ca 。（5 5）3232Ge Ge 。1s2 2s22p31s2 2s22p61s2 2s22p6 3s23p41s2 2s22p6 3s23p64s21s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24P2（3 3）原子的简化电子排布：）原子的简化电子排布：Ne3sNe3s1 1写出第写出第8 8号元素氧、第号元素氧、第1414号元素硅和第号元素硅和第2626号元素号元素铁的简化电子排布式？铁的简化电子排布式？上式方括号里的符号的意义是：上式方括号里的符号的意义是：该元素前一个周期的惰性气体电子排布结构该元素前一个周期的惰性气体电子排布结构O O：He2sHe2s2 22p2p4 4

22、 SiSi：Ne3sNe3s2 23p3p2 2FeFe：Ar3dAr3d6 64s4s2 2钠钠 NaNa的简化电子排布：的简化电子排布：2 2构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低，若以各能级能量高低，若以E E 表示某能级的能量，表示某能级的能量，下列能量大小顺序中正确的是下列能量大小顺序中正确的是 （ ）A AE E(3s)(3s)E E(2s)(2s)E E(1s) (1s) B BE E(3s)(3s)E E(3p)(3p)E E(3d) (3d) C CE E(4f)(4f)E E(4s)(4s)E E(3d) (3d) D D

23、E E(5s)(5s)E E(4s)(4s)E E(4f)(4f) 练习：练习：1 1一个电子排布为一个电子排布为1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p1 1的元素最可的元素最可能的价态是能的价态是( )( )A A +1 B +1 B +2 C +2 C +3 D +3 D -1 -1 C A3 3下列原子或离子的电子排布式错误的是（下列原子或离子的电子排布式错误的是（ ）A A、Al 1sAl 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p1 1 B B、O O2-2- 1s 1s2 22s2s2 22p2p6 6C C、NaNa+ + 1s 1s2

24、 22s2s2 22p2p6 6 D D、 Si 1sSi 1s2 22s2s2 22p2p2 24 4下列表达方式错误的是（下列表达方式错误的是（ ）A A 甲烷的电子式甲烷的电子式 B B 氟化钠的电子式氟化钠的电子式 C C 硫离子的核外电子排布式硫离子的核外电子排布式 1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p4 4 D D 碳碳1212原子原子 12126 6C CDC四、能量最低原理、基态与激发态、光谱四、能量最低原理、基态与激发态、光谱1能量最低原理能量最低原理现代物质结构理论证实，原子的电子排布遵循现代物质结构理论证实，原子的电子排布遵循构造原理能使整个原

25、子的能量处于最低状态，构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称简称_。能量最低原理能量最低原理（3 3）基态与激发态相互转化的关系）基态与激发态相互转化的关系 2 2、基态与激发态、光谱、基态与激发态、光谱（1 1）基态原子：处于最低能量的原子叫基态）基态原子：处于最低能量的原子叫基态原子。原子。基态原子稳定。基态原子稳定。（2 2）激发态原子：当基态原子的）激发态原子：当基态原子的电子吸收能量电子吸收能量后，电子会跃迁到后，电子会跃迁到较高的能级较高的能级，变成激发态原子。，变成激发态原子。激发态原子激发态原子不稳定，又跃迁回较低能级，并释放能量。不稳定，又跃迁回较低能级，并释放能量。基

26、态原子基态原子激发态原子激发态原子吸收能量吸收能量释放能量释放能量1s22s22p63s2基态鎂原子基态鎂原子1s22s22p63s13p1激发态鎂原子激发态鎂原子吸收能量吸收能量释放能量释放能量（4 4）要点提示：）要点提示：光辐射是电子释放能量的重要形式之一光辐射是电子释放能量的重要形式之一日常生活中，我们看到的许多可见光，如灯日常生活中，我们看到的许多可见光，如灯光、霓虹灯光、激光、焰火等都和核外电子发光、霓虹灯光、激光、焰火等都和核外电子发生跃迁后释放能量有关。生跃迁后释放能量有关。3.3.原子光谱原子光谱: : 不同元素的原子的核外电子发生跃迁时会不同元素的原子的核外电子发生跃迁时会

27、吸收吸收或或释放释放不同频率的光，可以用光谱仪摄取。不同频率的光，可以用光谱仪摄取。 各种元素的电子的各种元素的电子的吸收光谱吸收光谱或或发射光谱发射光谱，总称，总称为为原子光谱原子光谱。 光谱与光谱分析光谱与光谱分析(1)光谱形成原因光谱形成原因不同元素的原子发生不同元素的原子发生_时会吸收或释放不同的光。时会吸收或释放不同的光。(2)光谱分类光谱分类根据光是被吸收或释放，可将光谱分为根据光是被吸收或释放，可将光谱分为_和和_，总称，总称_。跃迁跃迁吸收光谱吸收光谱发射光谱发射光谱原子光谱原子光谱锂、氦、汞的发射光谱锂、氦、汞的发射光谱 锂、氦、汞的吸收光谱锂、氦、汞的吸收光谱 特征特征:暗

28、背景暗背景, 亮线亮线, 线状不连续线状不连续特征特征:亮背景亮背景, 暗线暗线, 线状不连续线状不连续发射光谱发射光谱吸收光谱吸收光谱 (3)光谱分析在现代化学中，利用_上的特征谱线来鉴定元素的分析方法。原子光谱原子光谱化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在与含量等化学研究中利用光谱分析检测一些物质的存在与含量等（4） 光谱分析的应用：通过原子光谱发现许多元素。通过原子光谱发现许多元素。如：铯（如：铯（18601860年）和铷（年）和铷（18611861年），其光谱中有特征年），其光谱中有特征的篮光和红光。的篮光和红光。又如：又如：18681868年科学家们通过太阳光谱的分析发现了稀年科学

29、家们通过太阳光谱的分析发现了稀有气体氦。有气体氦。下列图象中所发生的现象与电子的跃迁无关的下列图象中所发生的现象与电子的跃迁无关的基态与激发态相互转化的应用基态与激发态相互转化的应用 焰色焰色 反应反应 焰色反应就是某些金属原子的电子在高温火焰色反应就是某些金属原子的电子在高温火焰中，接受了能量，使原子外层的电子从焰中，接受了能量，使原子外层的电子从基态基态激跃迁到激跃迁到激发态激发态；处于激发态的电子是十分不；处于激发态的电子是十分不稳定的，在极短的时间内（约稳定的，在极短的时间内（约1010s s）便跃迁）便跃迁到基态或较低的能级上，并在跃迁过程中将能到基态或较低的能级上，并在跃迁过程中将

30、能量以一定波长（颜色）的光释放出来。由于各量以一定波长（颜色）的光释放出来。由于各种元素的能级是被限定的，因此在向基态跃迁种元素的能级是被限定的，因此在向基态跃迁时释放的能量也就不同。碱金属及碱土金属的时释放的能量也就不同。碱金属及碱土金属的能级差正好对应于可见光范围，于是我们就看能级差正好对应于可见光范围，于是我们就看到了各种色彩。到了各种色彩。 焰火呈现五颜六色的原因焰火呈现五颜六色的原因五、电子云与原子轨道五、电子云与原子轨道（1 1）电子云）电子云电子在原子核外出现的概率密度分布图。电子在原子核外出现的概率密度分布图。电子云是核外电子运动状态的形象化描述。电子云是核外电子运动状态的形象

31、化描述。（2 2）原子轨道）原子轨道电子云的轮廓图称为原子轨道电子云的轮廓图称为原子轨道概率分布图概率分布图( (电子云电子云) )电子云轮廓图的制作过程电子云轮廓图的制作过程原子轨道原子轨道s s能级的原子轨道图能级的原子轨道图nsns能级的各有能级的各有1 1个轨道个轨道, ,呈球形呈球形p p能级的原子轨道图能级的原子轨道图npnp能级的各有能级的各有3 3个轨道个轨道, ,呈哑铃形，呈哑铃形， 3 3个轨道相互垂直。个轨道相互垂直。六、原子核外电子排布规律六、原子核外电子排布规律（1）能量最低原理）能量最低原理（2）泡利不相容原理）泡利不相容原理电子优先占据能量较低的轨道电子优先占据能量较低的轨道1个原子轨道里最多只能容纳个原子轨道里最多只能容纳2个电子，称为电子对，个电子，称为电子对，用方向相反的箭头用方向相反的箭头“”表示。表示。量子力学告诉我们，电子除空间运动状态外，还有量子力学告诉我们，电子除空间运动状态外，还有一种自旋，电子的自旋有顺时针和逆时针两种状态，一种自旋，电子的自旋有顺时针和逆时针两种状态，常用上下箭头表示自旋状态相反的电子。常用上下箭头表示自旋状态相反的电子。自旋方向相反自旋方向相反例：课