2.1核外电子运动状态
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核外电子的运动状态和排布规律
结构理论（一）核外电子的运动状态和排布规律围绕在原子核外作高速运动的电子，有它特殊的运动状态。
早在本世纪初，科学实验已证明了电子是一种质量为9.11×10-28g的微小粒子，证明了电子的运动具有粒子性。
但是，以后科学实验又证明了电子的运动和光、X射线一样具有波动性。
这就是说，电子的运动具有波粒二象性。
电子运动的这种波粒二象性，使它难以用经典物理学的一些基本定律来描述。
现代研究核外电子运动状态的理论叫做原子波动力学。
它是在上世纪20年代末由奥地利物理学家薛定谔等人发展起来的。
它的基本方面是一些复杂的数学波动方程，叫做薛定谔方程。
核外电子的运动正是通过计算薛定谔方程的解来加以描述的。
这里，我们只能按照原子波动力学的基本观点，初步形象地去认识核外电子的运动状态，从而再寻找出原子核外电子的排布有着怎样的规律。
一、电子云在描绘核外电子运动时，只能指出它在原子核外空间各处出现机会的多少。
电子在核外空间一定范围内出现，好像是带负电荷的云雾笼罩在原子核的周围。
可以形象地称它为“电子云”。
核外电子出现机会愈多的区域，电子云的密度愈大。
下图描绘了氢原子处于基态时的电子云。
氢原子核外只有1个电子，图中的“雾状”，说明氢原子核外电子在一个球形的空间里作高速运动。
图中表示，黑点密集处是电子出现机会多的地方，黑点稀疏处是电子出现机会少的地方。
二、描述核外电子运动状态的四个方面对于原子核外的每一个电子的运动状态，都可以从以下四个方面来描述。
1．电子层原子核外的电子可以看作是分层排布的。
处于不同层次中的电子，离核的远近也不同。
离核愈近的电子层能量愈低，离核愈远的电子层能量愈高。
通常用n=1、2、3…等数值来表示电子层离核的远近。
n=1，即表示离核最近的电子层，其中的电子能量最小。
n=2，即表示为第二电子层。
有时也用K、L、M、N、O等分别表示1、2、3、4、5等电子层。
我们怎么知道含有多个电子的原子里核外电子的能量并不相同呢？根据对元素电离能数据的分析，可以初步得到这个结论。
核外电子运动状态描述
4d 4f
③磁量子数m: 描述电子云的空间取向，即原子 轨道态。 m可以取0、±1、±2 … ±l共(2l +1)个数值. n、 l 、m确定,原子轨道就确定了.
原子轨道的表示方法：
s能级只有1个原子轨道，可表示为s。 p能级有3个原子轨道，可表示为px、py、pz。 d能级有5个原子轨道，f能级有7个原子轨道。
悬疑一：下列是高一时我们学习过的原子结构示意图
2n2 第n层容纳的最多电子数=___________.此公式如何
而来？
悬疑问题二
在钠原子中
电子跃迁
n=4
n=3
在氢原子中
电子跃迁
n=2
n=1
也得到两条靠得很近的谱线…
由波尔理论相邻能层电子跃迁只会有一条谱线！ 为什么会有两条或更多那？
问题延伸：单电子原子中第n能层的p能级向s能级跃 迁无外磁场时有一条谱线，有外磁场时却分裂成三 条，原因？
薛定谔方程 与原子轨道
1887-1961 E.Schrodinger , 奥地利物理学 家
了解: 薛定谔方程(1926年提出) Hψ=Eψ
8 m 2 2 2 ( E V ) 0 2 x y z h
2 2 2 2
－量子力学中描述核外电子
在空间运动的数学函数式，即原子轨道 E－轨道能量（动能与势能总和 ） m—微粒质量， h—普朗克常数 x,y, z 为微粒的空间坐标 (x,y,z) 波函数
结论：密闭箱中同时出现
衰变原子+未衰变原子 死猫+活猫！
科 学 界 反 应：
实验验证：1996年5月，美国科罗拉多州博尔德的国家标准 与技术研究所（NIST）的Monroe等人用单个铍离子作成了 “薛定谔的猫”并拍下了快照，发现铍离子在第一个空间位 置上处于自旋向上的状态，而同时又在第二个空间位置上处 于自旋向下的状态，而这两个状态相距80纳米之遥！（1纳 米为1米的十亿分之一）——这在原子尺度上是一个巨大的 距离。想像这个铍离子是个通灵大师，他在纽约与喜马拉雅 同时现身，一个他正从摩天楼顶往下跳伞；而另一个他则正 爬上雪山之巅！——量子的这种“化身博士”特点，物理学 上称“量子相干性”。
(化学课件)原子核外电子的运动状态
讨论：见课本P5
一个小黑点仅表示电子在此出现了一次。
小黑点的疏密仅表示电子出现几率的大小。
即小黑点较稀的地方表示电子在此出现的机 会少；小黑点较密的地方表示电子在此出现 的机会多。
（三）、决定核外电子运动状态的因素
1、电子层： 在多电子的原子里，它们的运动区域 也不同。能量低的电子通常在离核较近的空间范 围运动，能量高的电子通常在离核较远的空间范 围内运动，
[说明]1、自左向右、自上而下，轨道能量依次递增。
2、每个能级组以ns轨道开始、以np轨道结束。
（3）为什么每个电子层所能容纳的电子数最 多为2n2（n为电子层数）？
1、4d轨道中最多容纳电子数为
A、2
B√ 、 10 C、 14 D、 18
2、下列轨道含有轨道数目为3的是
A、1s B√ 、2p √C、3p D、4d
3、第三电子层含有的轨道数为 A、3 B、 5 C、 7 D√ 、 9
五、电子亚层的能量比较规律
1、相同电子层上电子亚层能量的高低： ns＜np＜nd＜nf
2、形状相同的电子亚层能量的高低： 1s＜2s＜3s＜4s…… 2p＜3p＜4p＜5p…… ……
3、电子层和形状相同的电子亚层的能量相等： 如2px = 2py =2pz
/ / / / / / 1s<—2s<—2p<3—s<3—p<—4s<3d<4—p<5—s<4d<5—p<—6s<4f<5d<6—p<7—s<5f<6d<—7p
结合电子云的形状及伸展方向显然可知：S亚层有 1个轨道，P亚层有3个轨道， d 亚层有5个轨道， f亚层有7个轨道。
四、电子自旋
如何描述核外电子的运动
第一节 核外电子运动状态
第一章 第一节
质子（每个质子带一个单位正电荷）
原子核 原子
中子（不带电）
核外电子（每个电子带一个单位的负电荷）
分子是物质能够独立存在
并保持其化学性质的最小微 粒。物质的化学性质主要取 决于分子的性质，分子的性
化学键
分子
分子内
结构 空间构型
质又与分子的结构有关。
分子间的作用力
3.VIII族
第一章 第二节
处于元素周期表的中间，共三个纵行。它们的价 层电子的构型是(n-1)d6-10ns0-2，价层电子数是8-10。
（三）周期表分区（特征电子构型） 第一章 第二节
据价层电子构型的特征，将周期表分为5个区：
1. 能量最低原理
第一章 第一节
“系统的能量愈低，愈稳定”是自然界的普 遍规律。
基态原子，是最稳定的系统，能量最低。
〖能量最低原理〗基态多电子原子核外电子排 布时，总是先占据能量最低的轨道，当低能量轨道 占满后，才排入高能量的轨道，以使整个原子能量 最低。
如下图箭头所指顺序。
1. 能量最低原理
电 子 填 入 能 级 的 先 后 次 序
C. n＝3, l＝2 √
D. n＝4, l＝1 E. n＝5, l＝0
章页
第二节 元素周期系和元素的基本性质
一、原子的电子结构和元素周期律 第一章 第二节
当元素按照核电荷数递增的顺序 排列时，电子排布(构型)呈周期性变 化，元素性质呈现周期性变化。这一 规律叫做元素周期律。
元素周期表是原子的电子构型随着 核电荷数递增而呈现周期性变化的反 映。
6C 轨道式 7N轨道式
3．Hund规则
第一章 第一节
8O轨道式
第一章 第一节
质子（每个质子带一个单位正电荷）
原子核 原子
中子（不带电）
核外电子（每个电子带一个单位的负电荷）
分子是物质能够独立存在
并保持其化学性质的最小微 粒。物质的化学性质主要取 决于分子的性质，分子的性
化学键
分子
分子内
结构 空间构型
质又与分子的结构有关。
分子间的作用力
3.VIII族
第一章 第二节
处于元素周期表的中间，共三个纵行。它们的价 层电子的构型是(n-1)d6-10ns0-2，价层电子数是8-10。
（三）周期表分区（特征电子构型） 第一章 第二节
据价层电子构型的特征，将周期表分为5个区：
1. 能量最低原理
第一章 第一节
“系统的能量愈低，愈稳定”是自然界的普 遍规律。
基态原子，是最稳定的系统，能量最低。
〖能量最低原理〗基态多电子原子核外电子排 布时，总是先占据能量最低的轨道，当低能量轨道 占满后，才排入高能量的轨道，以使整个原子能量 最低。
如下图箭头所指顺序。
1. 能量最低原理
电 子 填 入 能 级 的 先 后 次 序
C. n＝3, l＝2 √
D. n＝4, l＝1 E. n＝5, l＝0
章页
第二节 元素周期系和元素的基本性质
一、原子的电子结构和元素周期律 第一章 第二节
当元素按照核电荷数递增的顺序 排列时，电子排布(构型)呈周期性变 化，元素性质呈现周期性变化。这一 规律叫做元素周期律。
元素周期表是原子的电子构型随着 核电荷数递增而呈现周期性变化的反 映。
6C 轨道式 7N轨道式
3．Hund规则
第一章 第一节
8O轨道式
核外电子运动状态.
二、原子核外电子运动状态的描述 （三）磁量子数（m）
2px,2py,2pz能量是否相同?
磁量子数(m)与电子的能量无关。
2px,2py,2pz这三个原子轨道的能量相同 对于n、l相同,m不同，即同一电子层、同一电子亚层不 同伸展方向的轨道，互称为等价轨道或简并轨道。
二、原子核外电子运动状态的描述 （四）自旋量子数（ms）
药用基础化学/物质结构
核外电子的运动状态
原子结构
原子的组成
质子（Z） 原子核 原子 核外电子 如：2H2+ O2 = 2H2O 在物质的化学变化过程中，反应前后元素的 种类不变，即原子核并不发生改变，只是原子的 核外电子发生了偏移或得失。因此化学中认识的 原子的结构主要是原子的核外电子的运动。 中子(N)
l=0，s亚层
l=1，p亚层
l=2 ，d亚层
二、原子核外电子运动状态的描述 （三）磁量子数（m）
意义：代表原子轨道在核外空间的伸展方向,用符号m表示 。 取值：给定l，m可以取-l到+l的2l+1个数值，即
0，±1,±2,±3,…… ±l，︱m︱≤l 每个m值，代表原子轨道的一个伸展方向。l亚层有(2l+1) 个m值，就有(2l+1)个伸展方向的原子轨道。 n=2,l=1 ， m =0,+1,-1 ,m 有 3 个数值，表示第二电子层的 p 亚层有三个伸展方向的轨道，分别用2px,2py,2pz表示。
原子结构
以氢原子核外一个电子的运动为例
一、电子云的概念
电子云：以小黑
点的疏密程度表示 电子在原子中概率 大小的图像。
原子轨道：电子在原子核外出现概率密度较
大的区域形象地称为“原子轨道”。
二、原子核外电子运动状态的描述 （一）主量子数（电子层数）
苏教版高中化学选修三课件2.1.1第1单元原子核外电子运动
●新课导入建议 请思考如下两个问题： (1)原子的组成。 (2)构成原子微粒的电性关系、质量关系是怎样的？ 在必修2中我们已经学习了原子核的构成，通过学习我 们知道：
(1)原子核是由质子和中子构成的，质子带正电荷，中 子呈电中性；核电荷数＝质子数＝核外电子数，质量数＝ 质子数＋中子数。 (2)原子核外电子是分层运动的。 对于原子核外电子分层排布，可以用原子结构示意图 来表示，如 ，K、L、M层上的电子数依次为2、8、
【答案】 A
4．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( )
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远的区域绕核旋转
【解析】 电子在原子核外空间作高速运动，能量不 同的电子通常在不同的区域运动，离核近，能量低。
7。那么，每个电子层上的多个电子其运动状态是否相同 呢？要想知道这个问题，请同学们与我一块走进“第一单 元 原子核外电子的运动”。
●教学流程设计
演示结束
课
标
解
读
重
点
难
点
1.进一步认识卢瑟福和玻尔 的原子结构模型。 2.了解原子核外电子的运动 特征。 3.了解原子轨道与电子填充 顺序。 1.原子核外电子的运动状 态。(重点) 2.原子轨道。(难 点)
第一单元 第1课时
●课标要求
原子核外电子的运动 原子核外电子的运动特征
了解原子核外电子的运动状态。 ●课标解读 1.在必修2的基础上，进一步认识卢瑟福和玻尔的原子 结构模型。
2．理解电子云模型。 3．知道每个电子层含有的原子轨道，能准确用原子轨 道符号表示。 ●教学地位 本课时知识从原子结构理论发展史开始，形成对现代 原子结构理论的初步认识；再从电子层、能级、原子轨 道、电子自旋四个方面揭示原子核外电子的运动状态，尤 其是原子轨道的知识是高考考查原子结构的热点，也是下 一课时核外电子排布的基础，因此原子轨道是本课时的教 学重点和难点。
核外电子的运动状态
等领域的应用。
核外电子的运动状态也是量子力 学的重要应用之一，对于物理学
的发展和深化具有重要意义。
02
核外电子的基本概念
电子云
01
电子云是用来描述电子在原子核外空间某处出现的概率密度分 布的概念。
02
电子云的大小和形状取决于电子的能级和量子数，能级越高，
电子云越小。
电子云可以用来描述电子的运动状态，但不能精确地描述电子
07
结论
研究成果总结
核外电子的运动状态是量子力 学的重要研究对象，其运动规
律与经典物理截然不同。
通过实验和理论计算，科学家 们发现电子在原子中的运动状 态受到原子核的吸引力和电子 之间的相互作用力共同影响。
电子的运动状态可以通过能级 、波函数等概念进行描述，这 些概念在量子力学中具有重要 地位。
06
核外电子运动状态的应用
在材料科学中的应用
电子结构与材料性质
通过研究核外电子的运动状态，可以深入了解材料的电子 结构，从而预测和解释材料的物理、化学和机械性质。
新型材料设计
基于电子结构的理论计算，可以预测和设计具有特定性质 的新型材料，如超导材料、磁性材料和光学材料等。
材料改性
通过改变材料的电子结构，可以实现材料的改性，优化其 性能，如通过掺杂、合金化等方法改变半导体的电学性质。
核外电子的运动状态受到原子核的吸引力和电子之间的相互作用力的影响，表现出 特定的运动规律和分布特点。
研究意义
核外电子的运动状态是理解元素 周期表和化学键合机制的基础， 对于化学反应和物质性质的研究
具有重要意义。
通过对核外电子运动状态的研究， 可以深入了解物质的物理、化学 性质以及其在材料科学、生物学
温度升高会使原子或分子的热运动加 剧，影响核外电子的平均动能，进而 影响其运动状态。
核外电子的运动状态也是量子力 学的重要应用之一，对于物理学
的发展和深化具有重要意义。
02
核外电子的基本概念
电子云
01
电子云是用来描述电子在原子核外空间某处出现的概率密度分 布的概念。
02
电子云的大小和形状取决于电子的能级和量子数，能级越高，
电子云越小。
电子云可以用来描述电子的运动状态，但不能精确地描述电子
07
结论
研究成果总结
核外电子的运动状态是量子力 学的重要研究对象，其运动规
律与经典物理截然不同。
通过实验和理论计算，科学家 们发现电子在原子中的运动状 态受到原子核的吸引力和电子 之间的相互作用力共同影响。
电子的运动状态可以通过能级 、波函数等概念进行描述，这 些概念在量子力学中具有重要 地位。
06
核外电子运动状态的应用
在材料科学中的应用
电子结构与材料性质
通过研究核外电子的运动状态，可以深入了解材料的电子 结构，从而预测和解释材料的物理、化学和机械性质。
新型材料设计
基于电子结构的理论计算，可以预测和设计具有特定性质 的新型材料，如超导材料、磁性材料和光学材料等。
材料改性
通过改变材料的电子结构，可以实现材料的改性，优化其 性能，如通过掺杂、合金化等方法改变半导体的电学性质。
核外电子的运动状态受到原子核的吸引力和电子之间的相互作用力的影响，表现出 特定的运动规律和分布特点。
研究意义
核外电子的运动状态是理解元素 周期表和化学键合机制的基础， 对于化学反应和物质性质的研究
具有重要意义。
通过对核外电子运动状态的研究， 可以深入了解物质的物理、化学 性质以及其在材料科学、生物学
温度升高会使原子或分子的热运动加 剧，影响核外电子的平均动能，进而 影响其运动状态。
核外电子的运动状态
1
6.626 1034
( n12
n
2 2
)
3.289
1015
(
1ห้องสมุดไป่ตู้
n
2 1
1
n
2 2
)
理论推导与实验结果完全相同。即波尔理论能 较好地解释氢原子光谱产生的原因和规律性。
2019/12/28 13
32
3.289
1015
(
1 22
1 32 )
4.57 1014 (s 1 )
2019/12/28 15
二、微观粒子的波粒二象性
1.光的波粒二象性
衍射和干涉-波动性 光电效应-粒子性
E h mc2
h c mc2 p mc h
2.电子的波粒二象性
1924年德布罗意预言：一些实物粒子 (如电子、中子、质子等)也具有波粒二象性， 其波长为 = h/m
随着n的增加，电子离核越来越远，能量越 来越高，n为量子数，当n→∞，意味着电子完 全脱离原子核的电场引力，E=0（最大） n=1,电离能=13.6×1.6×10-22×6.02×1023
=1311.6kJ·mol-1
2019/12/28 11
⑶激发态原子发光的原因 处于激发态的电子极不稳定，它会迅速回
一、氢原子光谱和玻尔理论
2019/12/28 3
原子核（正电） 核反应中发生变化 原子
核外电子（负电） 化学反应中发生变化
1.连续光谱与不连续光谱
连续:某些物理量的变化没有最小单位.t,l,v,s 不连续:某些物理量的变化有最小单位.电量q 不连续是微观世界的重要特征，是量子化条件。
核外电子运动的状态
s
1=12
2
2
s.p
1+3=4=22 8
1+3+5=9=32
3
s.p.d
18
4
s.p.d.f
1+3+5+9=16 =42
32
….n
n2
2n2
小结：
电子云形状---由电子亚层决定.
电子的能量---由电子层、电子亚层决定。 轨道---由电子层、电子亚层、电子云伸展方 向决定。 电子的运动状态---由电子层、电子亚层、电 子云伸展方向和电子的自旋四个方面描述。
作业 写出1～35号元素的核外电子排布式。
写出N 、F、Si元素的轨道表达式。
写出Cr、Cu、Fe、Na、Br、Ar最外层电 子排布式。
电子排布方面的规律
1.主族元素中单电子数最多的是_Ⅴ__A_ 族元 素，前四周期单电子数最多的元素是__C_r_._ 2.原子最外层成对电子数和成单电子数相等 的元素在_Ⅲ__A__、__Ⅵ__A族元素。 3.原子最外层电子数是次外层电子数2倍或3 倍的元素一定__在__第__二__周__期_______. 4.次外层电子数为2 的元素一定__在__第__二__周__期__. 5.次外层电子数为8的元素在第三周期以下所 有_Ⅰ__A__、__Ⅱ__A______的元素.
8O轨道式 9F轨道式
写出19、20、26号元素原子的核外电子排布式。 多电子原子中能级交错现象
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d
电子填入轨道的先后顺序 ns→(n-1)d→(n-2)f→np
4f
5s 5p 5d 5f
6s 6p 5d 6f
E:1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<
无机化学-原子结构-核外电子的运动状态
正向(+1/2)和反向(-1/2) ★ 产生方向相反的磁场 ★ 相反自旋的一对电子, 磁场相互抵消.
28
由上面的讨论知道 n, l, m 一定, 轨道也确定
l
0
1
2
Orbital s
p
d
例如: n = 2, l = 0, m = 0,
n = 3, l = 1, m = 0,
n = 3, l = 2, m = 0,
核外电子运动 的运动状态
n 原子轨道 l
m
自旋运动 ms
3…… f…… 2s 3pz 3dz2
与一套量子数相对应（自然也有1个能量Ei)
29
六、波函数Ψ (r,θ,φ) 的图形描述
将SchrÖdinger n, l, m ( r, , ) = R n, l (r) Y l,m ( , )
方程变量分离：
氢原子光谱由五组线系组成, 任 何一条谱线的波数(wave number) 都满足简单的经验关系式:
~
RH
1 n12
1 n22
名字
n1
Lyman 系 1
Balmer系 2
Paschen系 3
Brackett系 4
Pfund系
5
n2 2, 3, 4,… 3, 4, 5,… 4, 5, 6,… 5, 6, 7,… 6, 7, 8,…
r h2 n2
4 2mze2
rn = 53n2 pm
对于氢原子，r = 53 pm, 这就 是著名的 波尔半径.
② 关于能量的吸收和发射
电子在不同轨道之间跃迁时，原子会吸收或辐射出光子。吸收或 辐射出光子能量的多少决定于跃迁前后两个轨道能量之差。即：
h E E2 E1
28
由上面的讨论知道 n, l, m 一定, 轨道也确定
l
0
1
2
Orbital s
p
d
例如: n = 2, l = 0, m = 0,
n = 3, l = 1, m = 0,
n = 3, l = 2, m = 0,
核外电子运动 的运动状态
n 原子轨道 l
m
自旋运动 ms
3…… f…… 2s 3pz 3dz2
与一套量子数相对应（自然也有1个能量Ei)
29
六、波函数Ψ (r,θ,φ) 的图形描述
将SchrÖdinger n, l, m ( r, , ) = R n, l (r) Y l,m ( , )
方程变量分离：
氢原子光谱由五组线系组成, 任 何一条谱线的波数(wave number) 都满足简单的经验关系式:
~
RH
1 n12
1 n22
名字
n1
Lyman 系 1
Balmer系 2
Paschen系 3
Brackett系 4
Pfund系
5
n2 2, 3, 4,… 3, 4, 5,… 4, 5, 6,… 5, 6, 7,… 6, 7, 8,…
r h2 n2
4 2mze2
rn = 53n2 pm
对于氢原子，r = 53 pm, 这就 是著名的 波尔半径.
② 关于能量的吸收和发射
电子在不同轨道之间跃迁时，原子会吸收或辐射出光子。吸收或 辐射出光子能量的多少决定于跃迁前后两个轨道能量之差。即：
h E E2 E1
核外电子运动状态完整版
核外电子运动状态标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]ZK 高一化学K1 第四讲一、【知识梳理】 电子在原子核外很小的空间内作高速运动，其运动规律跟一般物体不同，它们没有确定的轨道。
因此，我们不能同时准确地测定电子在某一时刻所处的位置和运动的速度，也不能描画出它的运动轨迹。
那么，如何描述原子核外电子的运动状态呢？一、电子云科学上应用统计的原理，以每一个电子在原子核外空间某处出现机会的多少，来描述原子核外电子运动状态。
电子在核外空间一定范围内出现，好象带负电荷的云雾笼罩在原子核的周围，所以我们形象地称它为“电子云”。
见下图。
在电子云示意图中，小黑点表示电子出现的次数，小黑疏密（电子云密度）表示电子出现的几率。
氢原子电子云：①球形；②离核近，电子云密度大，表示电子出现几率大；③离核远，电子云密度小，表示电子出现几率小。
为了便于理解，我们假想有一架特殊的照相机给氢原子照相。
先给某个氢原子拍五张照片，得到下图所示的不同的图象。
图中⊕表示原子核，一个小黑点表示电子在这里出现一次。
给氢原子拍上成千上万张照片，研究每一张照片会使我们获得这现。
如果我们将这些照片叠印，就会看到如图所示的图象。
图象说明，对氢原子的照片叠印张数越多，就越能使人形成一团电子云雾笼罩原子核的印象，这团原子核外电子的运动状态可以从四个方面进行描述：1．电子层在含有多个电子的原子里，电子的能量并不相同，电子运动的区域也不相同，能量低的电子通常在离核近的区域运动，能量高的电子通常在离核远的区域运动。
根据电子的能量差异和通常运动区域离核的远近不同，可以将核外电子分成不同电子层。
离核最近的为第一层，离核稍远的为第二层，依次类推，由近及远为三、四、五、六、七层，用符号K、L、M、N、O、P、Q表示。
2．电子亚层和电子云的形状科学研究发现，在同一电子层中，电子的能量还稍有差别，电子云的形状也不相同。
根据这个差别，又可以把一个电子层分成一个或几个亚层，分别用s、p、d、f等符号表示。
无机化学 原子核外电子的运动状态
1
能量最低原理
排布 规律
2
泡利不相容原理
3
洪特规则及特例
第五章 原子结构与元素周期律 第一节 原子核外电子的运动状态与排布
2.1 原子核外电子排布-基态原子中电子的排布原理 1.能量最低原理 核外电子的分布总是尽量先分布在能量较低的轨道, 使整个原子处于能量最低的状态。只有当能量最低的轨 道已占满后，电子才能依次进入能量较高的轨道。
m——电子质量
h——普朗克常数
E——体系总能量 V——电子的势能
第五章 原子结构与元素周期律 第一节 原子核外电子的运动状态与排布
1.4 原子核外电子的运动状态-电子云
电子运动有规律，但无法确定其运动轨迹。 概率—在核外某些区域电子出现的机会；某些 区域电子出现的机会多，概率大；某些区域电 子出现的机会少，概率小。 概率密度——电子在原子核外某处单位体积内 出现的概率
第五章 原子结构与元素周期律 第一节 原子核外电子的运动状态与排布
1.1 原子核外电子的运动状态-量子化 波尔氢原子模型 成功地解释了氢原子和类氢原子(如He+、Li2+) 的光谱现象, 推动了原子结构的发展。 严重的局限性。只能解释单电子原子(或离子) 光谱的一般现象，不能解释多电子原子光谱。
波尔理论的缺陷，促使人们去研究和建立能 描述原子内电子运动规律的量子力学原子模型。
而是表示电子出现在各点的几率高低。
第五章 原子结构与元素周期律 第一节 原子核外电子的运动状态与排布 1.4 原子核外电子的运动状态-电子云 电子云的图形表示：
电子云图
电子云界面图
(电子出现几率>95%的 区域）
电子云 等密度面图
第五章 原子结构与元素周期律 第一节 原子核外电子的运动状态与排布 1.5 取原子核外电子的运动状态-四个量子数
原子核外电子的空间运动状态
原子核外电子的空间运动状态原子核外电子的空间运动状态：（一）电子轨道1、电子轨道是电子沿着原子核外围运动的一条椭圆形轨迹。
这条椭圆形轨迹完全由电子和核间的电磁场相互作用决定。
2、电子轨道的轨道角动量是指电子在原子核外围空间运动的时候的角动量，它可以通过电磁场的膜位能准确的确定出来。
3、电子轨道的运动状态就是指电子在轨道中的运动状态，包括了单重态的电子轨道运动状态，以及双重态的电子轨道运动状态和三重态的电子轨道运动状态等。
（二）电子自旋1、电子自旋是电子在空间中自身运动的一个特征，通俗来说就是电子在原子核外围空间中以固定的角速度运动。
2、电子自旋具有两个独立的特性，即电子的线性自旋，也就是说电子的运动方向不断变化；另一个就是电子的角速度自旋，也就是说电子的具体自旋方向会一直保持不变。
3、自旋的结构包括两个自旋态，一个是有磁态，即自由自旋，它没有内部能量变化；对应的还有无磁态，即锁定自旋，它有内部能量变化。
（三）电子跃迁1、电子跃迁是指电子在原子核外围空间中运动时从一个轨道状态跃到另一个空间状态的过程，电子跃迁中包括了单重态电子跃迁，双重态电子跃迁和三重态电子跃迁等等。
2、电子跃迁的机理一般是由电磁场的膜位能决定的，这也是电子跃迁过程发生的根本原因。
电子跃迁过程中，电子原先处在的低能量状态会被电磁场膜位能引导，由低能量跃到其他的高能量状态之中。
3、电子跃迁过程还会受到外界的干扰，包括光辐射，热辐射等，外界的干扰可以使原子中电子从一个轨道跃到另一个轨道或空间状态，从而使原子转变为激发态，从而发生一系列使原子性质发生变化的现象。
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枣庄职业学院教案
课程应用化学2011至2012学年度第一学期第一周学期授课序号：1
授课班级
11畜牧一
授课日期
11.09.16
基本课程
学习情境一物质结构
任务一：原子核外电子的运动状态
教学目标
知识目标
1.原子的结构
2.几率密度和电子云
3.四个量子数及其对核外电子运动状态的描述。
能力目标
培养分析问题解决问题能力
1.原子轨道
电子在核外空间一定的运动状态，称为原子轨道，简称轨道。
2.电子运动状态描述
1）主量子数n n=1,2,3,4…….
2）角量子数l l=0,1,2,3,…….,(n-1),
3）磁量子数m
与l有关，给定l，m有2l+1个值
4）自旋量子数(ms)
取值：+1/2，-1/2；↑，↓
课本P236
课本P236
由于本节内容太抽象，也不做过深的要求，学生基本能明白。
思考
回答
几个量的关系
枣庄职业学院教案
教学环节
教学方
法设计
教学内容设计
学生
活动
教学意图
(含教书育人目标)
板书
作业
学习情境一物质结构
任务一：原子核外电子的运动状态
思考：
1.原子的结构
2几率密度和电子云
3.四个量子数及其对核外电子运动状态的描述
每个n值最多对应n个不相同的角量子数l，即每个电子层最多有n个亚层。
l的每个值还可表示一种形状的原子轨道
l=0，s轨道，球形；l=1，p轨道，亚铃形；
l=2，d轨道，花瓣形
单电子体系（氢原子或类氢离子），各种状态的电子能量只与n有关.
n不同，l相同E1s＜E2s＜E3s＜E4s
n相同，l不同E4S=E4p=E4d=E4f
3）磁量子数m
同一亚层中往往还包含着若干空间伸展方向不同的原子轨道。
意义:决定原子轨道或电子云在空间的伸展方向
取值：与l有关，给定l，m有2l+1个值
-l┄0┄+l
l m轨道符号轨道数量
0 0 s 1
1 -1,0,+1p 3
2 -2,-1,0,+1,+2d 5
3 -3,-2,-1,0,+1,+2,+3f7
电子层、电子亚层、电子云的伸展方向、电子的自旋方式四个方面来描述，引入量子化条件后，根据薛定谔方程，这四个方面分别从主量子数n,角量子数l、磁量子数m、自旋量子数ms四个量子数来描述.
看书自学
思考
了解电子云概念
了解原子轨道
枣庄职业学院教案
教学环节
教学方
法设计
教学内容教书育人目标)
思考：
1.原子的结构
2几率密度和电子云
3.四个量子数及其对核外电子运动状态的描述
2.1原子核外电子的运动状态
2.1.1电子云
1.几率
电子的在原子空间内高速运动，接近光速。电子的运动和宏观物体的运动不同，没有确定的轨道，不能用经典力学来描述。但可用统计的方法，统计出电子在核外空间某区域出现机会的多少，数学上称为几率。
2.电子云的概念
为了形象地表示核外电子运动的几率密度，习惯上用小黑点分布的疏密来表示出现几率密度的相对大小。用这种方法来描述电子在核外空间出现
的几率密度分布所得的空间图像称为电子云。
2.1.2核外电子运动状态的描述
1.原子轨道
电子在核外空间一定的运动状态，称为原子轨道，简称轨道。
2.电子运动状态从哪几方面来描述？
素质目标
培养空间思维能力，想象能力
教学的重
点与难点
四个量子数及其对核外电子运动状态的描述。
教学方法
讲授、讨论、练习
教学手段
传统与现代多媒体
教学用具
黑板与多媒体
参考资料
有机化学邢其毅
教学内容
共3页附后（90分钟）
编写日期：2011年9月1日
任课教师签名：孟凡磊
教研室主任审批意见：主任签名：
枣庄职业学院教案
表3－1电子层和能级
N
1
2
3
4
电子层符号
K
L
M
N
L
0
0
1
0
1
2
0
1
2
3
能级符号
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
电子层中数目
1
4
9
16
每个电子层可能有点最多轨道数为n2
4）自旋量子数(ms)
电子除绕核运动外,还绕着自身的轴作自旋运动
意义：描述核外电子的自旋状态
取值：+1/2，-1/2；↑，↓
小结：可以用四个量子数来确定电子的状态，根据四个量子数数值间的关系可以算出各电子层中可能有的状态。
实施
实施
讲授
讲授
1）主量子数n n=1,2,3,4
意义：描述电子层能量的高低次序和离核的远近。
取值：1 2 3 4 5 6┄正整数
符号：K L M N O P┄‥‥‥
n=1表示能量最低、离核最近的第一电子层。n越大，该电子层离核平均距离越远，能级越高。
2）角量子数l l=0,1,2,3,…….,(n-1),
相应能级符号：s、p、d、f…….
意义：表示同一电子层中有不同的分层（亚层）；确定原子轨道的形状并在多电子原子中和主量子数一起决定电子的能量。
取值：0 1 2 3 4（n–1）正整数
符号：s p d f g┄‥‥‥
n取值: 1 2 3 4
l取值: 0 0 1 0 1 20 1 2 3
轨道: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d4f
听
思考
思考
了解核外电子运动状态描述
理解角量子数含义
枣庄职业学院教案
教学环节
教学方
法设计
教学内容设计
学生
活动
教学意图
(含教书育人目标)
实施
小结
考核
评价
讲授
讨论
没有外加磁场时，同一亚层中的原子轨道能量相等（3个p轨道，5个d轨道，7个f轨道），称简并轨道或等价轨道。
学完n、l、m三个量子数之后，可以对原子轨道这样理解：在一定的电子层上，具有一定的形状和伸展方向的电子云所占据的空间。电子云是电子在原子轨道上的几率密度分布，电子云的形状实际是轨道的形状。电子云的伸展方向，就是一个轨道
教学环节
教学方
法设计
教学内容设计
学生
活动
教学意图
(含教书育人目标)
情境设计
布置任务
资讯
决策
实施
提问
讨论
提问
讨论
分子、原子和离子等微粒构成了物质世界。物质性质各不相同，这是由物质的结构决定的。物质结构是化学科学领域里最重要的基础理论之一，它是帮助我们认识物质结构及性质的基础。
学习情境一物质结构
任务一：原子核外电子的运动状态
2.1原子核外电子的运动状态
2.1.1电子云
1.几率
但可用统计的方法，统计出电子在核外空间某区域出现机会的多少，数学上称为几率。
2.电子云的概念
习惯上用小黑点分布的疏密来表示出现几率密度的相对大小。用这种方法来描述电子在核外空间出现的几率密度分布所得的空间图像称为电子云。
2.1.2核外电子运动状态的描述
课程应用化学2011至2012学年度第一学期第一周学期授课序号：1
授课班级
11畜牧一
授课日期
11.09.16
基本课程
学习情境一物质结构
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教学目标
知识目标
1.原子的结构
2.几率密度和电子云
3.四个量子数及其对核外电子运动状态的描述。
能力目标
培养分析问题解决问题能力
1.原子轨道
电子在核外空间一定的运动状态，称为原子轨道，简称轨道。
2.电子运动状态描述
1）主量子数n n=1,2,3,4…….
2）角量子数l l=0,1,2,3,…….,(n-1),
3）磁量子数m
与l有关，给定l，m有2l+1个值
4）自旋量子数(ms)
取值：+1/2，-1/2；↑，↓
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由于本节内容太抽象，也不做过深的要求，学生基本能明白。
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任务一：原子核外电子的运动状态
思考：
1.原子的结构
2几率密度和电子云
3.四个量子数及其对核外电子运动状态的描述
每个n值最多对应n个不相同的角量子数l，即每个电子层最多有n个亚层。
l的每个值还可表示一种形状的原子轨道
l=0，s轨道，球形；l=1，p轨道，亚铃形；
l=2，d轨道，花瓣形
单电子体系（氢原子或类氢离子），各种状态的电子能量只与n有关.
n不同，l相同E1s＜E2s＜E3s＜E4s
n相同，l不同E4S=E4p=E4d=E4f
3）磁量子数m
同一亚层中往往还包含着若干空间伸展方向不同的原子轨道。
意义:决定原子轨道或电子云在空间的伸展方向
取值：与l有关，给定l，m有2l+1个值
-l┄0┄+l
l m轨道符号轨道数量
0 0 s 1
1 -1,0,+1p 3
2 -2,-1,0,+1,+2d 5
3 -3,-2,-1,0,+1,+2,+3f7
电子层、电子亚层、电子云的伸展方向、电子的自旋方式四个方面来描述，引入量子化条件后，根据薛定谔方程，这四个方面分别从主量子数n,角量子数l、磁量子数m、自旋量子数ms四个量子数来描述.
看书自学
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了解电子云概念
了解原子轨道
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教学内容教书育人目标)
思考：
1.原子的结构
2几率密度和电子云
3.四个量子数及其对核外电子运动状态的描述
2.1原子核外电子的运动状态
2.1.1电子云
1.几率
电子的在原子空间内高速运动，接近光速。电子的运动和宏观物体的运动不同，没有确定的轨道，不能用经典力学来描述。但可用统计的方法，统计出电子在核外空间某区域出现机会的多少，数学上称为几率。
2.电子云的概念
为了形象地表示核外电子运动的几率密度，习惯上用小黑点分布的疏密来表示出现几率密度的相对大小。用这种方法来描述电子在核外空间出现
的几率密度分布所得的空间图像称为电子云。
2.1.2核外电子运动状态的描述
1.原子轨道
电子在核外空间一定的运动状态，称为原子轨道，简称轨道。
2.电子运动状态从哪几方面来描述？
素质目标
培养空间思维能力，想象能力
教学的重
点与难点
四个量子数及其对核外电子运动状态的描述。
教学方法
讲授、讨论、练习
教学手段
传统与现代多媒体
教学用具
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任课教师签名：孟凡磊
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表3－1电子层和能级
N
1
2
3
4
电子层符号
K
L
M
N
L
0
0
1
0
1
2
0
1
2
3
能级符号
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
电子层中数目
1
4
9
16
每个电子层可能有点最多轨道数为n2
4）自旋量子数(ms)
电子除绕核运动外,还绕着自身的轴作自旋运动
意义：描述核外电子的自旋状态
取值：+1/2，-1/2；↑，↓
小结：可以用四个量子数来确定电子的状态，根据四个量子数数值间的关系可以算出各电子层中可能有的状态。
实施
实施
讲授
讲授
1）主量子数n n=1,2,3,4
意义：描述电子层能量的高低次序和离核的远近。
取值：1 2 3 4 5 6┄正整数
符号：K L M N O P┄‥‥‥
n=1表示能量最低、离核最近的第一电子层。n越大，该电子层离核平均距离越远，能级越高。
2）角量子数l l=0,1,2,3,…….,(n-1),
相应能级符号：s、p、d、f…….
意义：表示同一电子层中有不同的分层（亚层）；确定原子轨道的形状并在多电子原子中和主量子数一起决定电子的能量。
取值：0 1 2 3 4（n–1）正整数
符号：s p d f g┄‥‥‥
n取值: 1 2 3 4
l取值: 0 0 1 0 1 20 1 2 3
轨道: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d4f
听
思考
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了解核外电子运动状态描述
理解角量子数含义
枣庄职业学院教案
教学环节
教学方
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学生
活动
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实施
小结
考核
评价
讲授
讨论
没有外加磁场时，同一亚层中的原子轨道能量相等（3个p轨道，5个d轨道，7个f轨道），称简并轨道或等价轨道。
学完n、l、m三个量子数之后，可以对原子轨道这样理解：在一定的电子层上，具有一定的形状和伸展方向的电子云所占据的空间。电子云是电子在原子轨道上的几率密度分布，电子云的形状实际是轨道的形状。电子云的伸展方向，就是一个轨道
教学环节
教学方
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决策
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提问
讨论
提问
讨论
分子、原子和离子等微粒构成了物质世界。物质性质各不相同，这是由物质的结构决定的。物质结构是化学科学领域里最重要的基础理论之一，它是帮助我们认识物质结构及性质的基础。
学习情境一物质结构
任务一：原子核外电子的运动状态
2.1原子核外电子的运动状态
2.1.1电子云
1.几率
但可用统计的方法，统计出电子在核外空间某区域出现机会的多少，数学上称为几率。
2.电子云的概念
习惯上用小黑点分布的疏密来表示出现几率密度的相对大小。用这种方法来描述电子在核外空间出现的几率密度分布所得的空间图像称为电子云。
2.1.2核外电子运动状态的描述