3电子云与原子轨道泡利原理洪特规则能量最低原理课件高二下学期化学人教版选择性必修2

组织建设第3课时

电子云与原子轨道

泡利原理、洪特规则、能量最低原理第一章

原子结构与性质第一节原子结构原子核外电子的运动状态是怎么样的呢？1913年玻尔提出氢原子模型，电子在线性轨道上绕核运行。1926年玻尔建立的线性轨道模型被量子力学推翻。量子力学指出，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(ρ)分布。一、电子云与原子轨道1.概率密度

用P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积，则

称为概率密度，用ρ表示。

氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图小点不是电子本身，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。2.电子云由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。1.含义：电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。不代表电子的运动轨迹。[微自测]1.下列有关电子云的叙述中，正确的是（）A、电子云形象地表示了电子在核外某处单位体积内出现的概率B、电子云直观地表示了核外电子的数目C、1s电子云界面图是一个球面，表示在这个球面以外，电子出现的概率为零D、电子云是电子绕核运动形成了一团带负电荷的云雾A2.电子云轮廓图电子云图很难绘制，使用不便，我们常使用电子云轮廓图。①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。②绘制电子云轮廓图：把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来。

电子云轮廓图的绘制过程球形轮廓图xyz同一原子的s电子的电子云轮廓图【思考与讨论】你能发现什么规律？1.所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是一个球形，只是球的半径不同。

2.同一原子的能层越高，s电子云半径越大。由于电子能量依次增高，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。3.s电子云只有一种空间伸展方向。4.除s电子云外，其他电子云轮廓图都不是球形的。xyzyxzyxzyxzyzxpzzyxpyzyxpx①p电子云轮廓图是哑铃形或纺锤形。能层序数越大，p电子云半径越大。Pz、Py、Px的电子云轮廓图Pz、Py、Px的电子云②无论2p、3p还是4p…..都有3个相互垂直的电子云(3种空间伸展方向)，分别称为Px、Py、Pz，右下标x、y、z分别是p电子云在直角坐标系里的取向。③同一能层中px、py、pz的能量相同。d电子云轮廓图是花瓣形或双哑铃形。有5种空间伸展方向。f电子云轮廓图有7种空间伸展方向。ns原子轨道有1个nd原子轨道有5个np原子轨道有3个nf原子轨道有7个3.原子轨道1.含义：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。2.表示：常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状和取向。各能级的一个伸展方向的电子云轮廓图即表示一个原子轨道。不是电子具体运动轨迹能层能级原子轨道数原子轨道名称原子轨道的形状和取向K1s11s球形——L2s12s球形——2p32px、2py、2pz哑铃形互相垂直M3s13s球形——3p33px、3py、3pz哑铃形互相垂直3d5………………N4s14s球形——4p34px、4py、4pz哑铃形互相垂直4d5……………...4f7………………3.不同能层的能级、原子轨道数、原子轨道名称以及形状和取向原子轨道数=能层数2=n2

149161.s能级和p能级的原子轨道存在哪些方面的差异？提示轨道取向、形状、数目、最多容纳电子数等不同。2.不同能层中的s轨道和p轨道电子云轮廓分别相同吗？能量分别相同吗？提示电子云轮廓相同(s轨道均为球形，p轨道均为哑铃形)；能量不同(能层序数越大，能量越高)。3.基态原子的核外电子填充在6个轨道的元素有几种？填充在7个轨道中的元素有几种？提示s、p能级分别有1、3个原子轨道，按照构造原理，核外电子填充在6个轨道的元素为1s22s22p63s1(Na)和1s22s22p63s2(Mg)，共2种；填充在7个轨道中的元素只有1s22s22p63s23p1(Al)一种元素。[微自测]2.下列说法正确的是（）A.不同的原子轨道形状一定不相同B.p轨道呈哑铃形，因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形C.2p能级有3个p轨道D.氢原子的电子运动轨迹呈球形C[微自测]3.下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是（

）A．原子核外的电子象云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云B．s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动C．p能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层的增加，p能级原子轨道也在增多D．与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大D4.下列说法中正确的是（）A.1s22s12p1表示的是激发态原子的核外电子排布B.3p2表示3p能级有两个原子轨道C.同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小D.同一原子中，2p、3p、4p能级中的轨道数依次增多A[微自测]二、泡利原理、洪特规则、能量最低原理1、电子自旋和泡利原理根据已学的知识，填写下表：能级spdf原子轨道数单轨道容纳电子数最多可容纳电子数135722222610142个电子容纳在一个轨道里，也就意味着，它们的空间运动状态相同。为什么一个轨道允许容纳两个电子呢？它们的运动状态又有什么差异呢？钠原子光谱实验氢原子光谱实验（1）自旋顺时针和逆时针两种取向（简称自旋相反）①电子自旋的取向：1925年，乌伦贝克和哥德斯密根据实验事实提出假设：电子除了空间运动状态外，还存在一种运动状态叫自旋。②符号表示：↑和↓表示自旋相反的电子①自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。

②电子能量与能层、能级有关，电子的空间运动状态与原子轨道有关，能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定电子的运动状态。即在任何一个原子中找不到两个完全相同的电子。HH1s1O1s22s22p4①含义（又称泡利不相容原理）：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反。（2）泡利原理（3）电子排布的轨道表示式①轨道表示式（电子排布图）：是表述电子排布的一种图示。原子轨道简并轨道：能量相同的原子轨道电子对单电子(未成对电子)自旋平行能级符号1、用□或〇代表一个原子轨道，能量相同的原子轨道（简并轨道）的方框相连。不同能级中的□要相互分开。2、整个电子排布图中各能级的排列顺序要与相应的电子排布式一致。4、通常在方框下方或上方标记能级符号。3、箭头表示一种自旋状态的电子，一个箭头表示一个电子，↓↑”称电子

对，“↑”或“↓”表示单电子（或称未成对电子），箭头同向的单电子称自旋平行。HH1s1O1s22s22p45、有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。练一练：请画出铝原子的轨道表示式铝原子外层有

个电子对，有

个单电子。电子有

种空间运动状态，有

种运动状态不同的电子。13176下列基态碳原子的轨道表示式哪个是正确的？②C1s↑↑↑↓↑↓2s2p①C1s↑↓↑↓↑↓2s2p2p③C↑1s↑↑↓↑↓

2s2p④C↓1s↑↑↓↑↓

2s2.洪特规则①含义：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行。2p3的电子排布图XX√√P165B1s22s22p16C1s22s22p2√√违反泡利原理违反洪特规则违反洪特规则思考与讨论

3d

4sCr无半空轨道，只有一个全满轨道有一组半满的简并轨道和一个半空轨道3.请写出Cr、Cu元素原子的简化电子排布式及价层电子轨道表示式。Cu

[Ar]3d104s1Cr[Ar]3d54s1Cu↑↑↑↑↑↓

3d4sCr↑↑↑↑↑↑↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑

3d4s有一个半空轨道思考与讨论能量较低状态稳定全充满（p6，d10，f14）全空时（p0，d0，f0）半充满（p3，d5，f7）②洪特规则特例：在简并轨道上的电子排布处于全满、半充满、全空状态，具有较低的能量和较大的稳定性。Cr：1s22s22p63s23p63d44s2Cu：1s22s22p63s23p63d94s2Cr：1s22s22p63s23p63d54s1Cu：1s22s22p63s23p63d104s1√√③总结：洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子。洪特规则适用于电子填入简并轨道，并不适用于电子填入能量不同的轨道。3.能量最低原理①含义：在构建基态原子时，电子将尽可能地先占据能量低的原子轨道，使整个原子的能量最低。（构造原理）②因素：整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。③注意：书写轨道表示式时，常出现的错误及正确书写违反能量最低原理违反泡利原理和洪特规则20Ca1s22s22p63s23p64s219K1s22s22p63s23p64s1违反能量最低原理3d能级的能量大于4s能级的能量P16思考与讨论拓展提升(1)最外层只有1个未成对电子的元素(2)最外层有2个未成对电子的元素(3)最外层有3个未成对电子的元素(4)核外电子排布中，未成对电子数最多的元素ⅠA族(ns1：H、Li、Na、K)；ⅢA族(ns2np1：B、Al、Ga)；ⅦA族(ns2np5：F、Cl、Br)；Cr(3d54s1)、Cu(3d104s1)。ⅣA族(ns2np2：C、Si、Ge)；ⅥA族(ns2np4：O、S、Se)。ⅤA族(ns2np3：N、P、As)。Cr(3d54s1，共有6个未成对电子)。概念区分区别原子的电子式、原子结构示意图、核外电子排布式、电子排布图（轨道表示式）。轨道表示式:（电子排布图）电子排布式:原子结构示意图:电子式:↑↑1s2s2p↑↓↑↓1s22s22p2+624C····以C为例:简化电子排布式:[He]2s22p2C价层电子的轨