原子结构模型

3. 原子轨道
原子中的单个电子的空间运动状态用原子 轨道表示。 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
形状相同的原子轨道在原子核外空间还有不 同的伸展方向
S能级的原子轨道图
所有的S能级原子轨道都是 球 形的， 电子层序数越大原子轨道的半径越大 S能级只有 1 个轨道
核外电子的运动状态是怎样的？
科学家通过研究光谱现象，进一步研究核 外电子的运动状态。 通过实验表明氢原子光谱是线状光谱
玻尔利用核外电子分层排布的原子结构模 型成功的解释了这一实验事实。
了解几个概念
1）运动轨迹
原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道（orbit） 上绕核运动时，并不吸收能量，也不辐射能量，电 子处于定态。
例如：当n=1时，有1个原子轨道，记作1s 当n=2时，有4个原子轨道，记作2s、2px、2py、2pz 当n=3时，有9个原子轨道，记作3s、3px、3py、3pz 和5个d轨道。
（2）各电子层包含的原子轨道数及所
最多容纳的电子数
电子层 原子轨 道类型
原子轨道 类型数目
可容纳的 电子数目
1 2
3 4
贡献？
二、原子核外电子的运动特征
运动物体 汽车 速率（Km/S) 0.03 炮弹 人造卫星 宇宙飞船 电子 2 7.8 11 2200
乒乓球直径 410-2 m
核外电子运动空间范围 n10-10 m 速度极快、永不停止 质量小，运动空间极小
核外电子的 运动特征：
无固定运动轨迹
这说明核外电子的运动不能用经典的运动学和力学 来描述（不能同时准确地测定它的位置和速度）， 科学家采用统计的方法来描述电子在原子核外某一 区域出现机会的多少。
E = E2- E1= h (=c/)
为什么氢光谱是线状光谱？
氢原子从一个电子 层跃迁到另一个电 子层时，吸收或释 放一定的能量，就 会吸收或释放一定 波长的光， 所以得到线状光谱
n=4
n=3 n=2 n=1
吸收能量
释放能量
回过头来看玻尔的理论
玻尔原子结构模型
（1）行星模型 点拨：这里的“轨道”实际上就是我们现在所说的电子层。
点拨：玻尔原子结构理论认为：同一电子层上的电子能量完全相同。
一、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型
1、玻尔原子结构模型要点：
（1）电子在具有确定半径圆周轨道上绕原 子核运动，并且不辐射能量； （2）在不同轨道上运动的电子具有不同的 能量，能量是量子化的。
（3）电子发生跃迁时，才会不连续的辐射 或吸收能量
2）能量分布
不同轨道上运动的电子具有不同的能量，而且能量 是量子化的，即“一份一份”的，不能任意连续变 化而只能取某些不连续的值
基态 ：原子能量最低的定态。 激发态 ：能量高于基态的状态。
3）电子跃迁
电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，就要吸 收或放出能量，两个定态的能量差为E。如能 量以光辐射的形式表现出来，就形成了光谱。
练 习
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近的区域运动
练 习
3. 有下列四种轨道：①2s、②2p、③3p、 ④4d，其中能量最高的是 （ D ） A. 2s B. 2p C. 3p D. 4d
2. 能级
量子力学研究表明，处于同一电子层的原 子核外电子，所具有的能量也可能不相同，电 子云的形状可能不完全相同，因此，对同一个 电子层，还可分为若干个能级。
n=1时，有1个s能级
n=2时，有1个s能级和1个p能级 n=3时，有1个s能级、1个p能级和1个d能级 n=4时，有1个s能级、1个p能级、1个d能级和1 个f能级
1. 填空： 处于同一电子层的原子核外电子，也可以 原子轨道 在不同类型的 上运动。 这 轨道的形状 也不同。 些 轨道类型 不同，
练 习
s轨道是球形 对称的,所以s轨道有 1 个原 子轨道；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 个原子轨道； d轨道有 5个原子轨道、f 轨道有 7个原子 轨道。每一个原子轨道上只能有 2个自旋 状态相反的核外电子。
（2）定态假设
（3）量子化条件 点拨：量子化条件的内涵是 各电子层能量差的不连续性。 （4）跃迁规则 ▲原子光谱产生的原因：电子由激发态跃迁到基态会释放出能量， 这种能量以光的形式释放出来，所以就产生光谱。 ▲氢原子光谱是线状光谱的原因：氢原子上的电子由n=2的激发态 跃迁到n=1的基态，与从n=3的激发态跃迁到n=2的激发态，释放 出的能量不同，因此产生光的波长不同。
P能级的原子轨道
z
z
z
y x
x
y
x
y
P的原子轨道是 哑铃（或纺锤） 形 3 个轨道，它们互相垂直， 每个P能级有_______ Py 、_______ Pz 为符号 分别以_____ Px、______ 这三个轨道的能量相等。 增大 P原子轨道的平均半径也随能层序数增大而_____
d 能 级 的 原 子 轨 道 d能级的原子轨道有5个.
氢原子的电子云
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。
电子云：
用单位体积内小点的疏密程度来描述核外电 子在原子核外单位体积空间出现的概率的大小所 得的图形叫做电子云。（一般用小黑点表示）
电子云中的小黑点意义： 每个小黑点并不表示原子核外的一个 电子,而是表示电子在此空间出现的机会 （或概率）。 电子云密度大的区域说明电子出现的 机会多，而电子云密度小的区域说明电子出 现的机会少。
19世纪初，英国科学家道尔顿提 出近代原子学说，他认为原子是 微小的不可分割的实心球体。
人类认识原子的历史
1903年，汤姆逊发现电子，并提出 原子结构的“葡萄干布丁”模型，开 始涉及原子内部的结构
人类认识原子的历史
卢 瑟 福 原 子 模 型
1911年，卢瑟福根据 α 粒子散射实验，提 出“核式”原子结构 模型
f能级的原子轨道有7个.
（1）原子轨道的类型
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、pz 3） f轨道有7个伸展方向（7个轨道） ；
为了表明原子核外电子所在的轨道，人 们将表示电子层的n和表示原子轨道形 状的s、p、d、f结合起来表示轨道。
练 习
4. 用“＞”“＜”或“＝”表示下列各组 多电子原子的原子轨道能量的高低
⑴ 3s ＜ 3p ⑶ 3s ＜ 3d ⑵ 2p＝ 2py x ⑷ 4s ＞3p
练 习
5. 比较下列多电子原子的原子轨道能量的 高低 ⑴2s 2p 4s ⑵3s 3p 4p
2s＜2p＜4s
3s＜3p＜4p
4.电子的自旋
原子核外电子还有一种称为“自旋”的 运动。在同一原子轨道里，原子核外电 子的自旋有两种不同的状态，通常用向 上箭头“↑”和向下的箭头“↓”来表示 这两种不同的自旋状态。
总 结：
对多电子原子而言，核外电子的运动特征是： 人们根据电子的能量差异和主要运动区域的不 同，认为核外电子分别处于不同的电子层上。 这些电子层分别是：K、L、M、N…等. 处于同一电子层的核外电子，可以在不同类型 的原子轨道上运动。有四种不同的原子轨道分 别用s、p、d、f表示不同形状的轨道。 形状相同的原子轨道在原子核外空间还有不同 的伸展方向。S轨道有一种伸展方向，p轨道有 3种、d轨道5种、f轨道7种。 核外电子的自旋有两种不同的自旋状态，通常 用向上箭头“↑”和向下的箭头“↓”来表示这 两种不同的自旋状态。
人类认识原子的历史
波 尔 原 子 模 型
1913年，玻尔建立了核外电子分层排布 的原子结构模型
德谟克利特：朴素原子观 道尔顿：原子学说 1803
汤姆生：“葡萄干布丁” 模型 1903 卢瑟福： 原子结构的核式模型 1911 玻尔：核外电子分层排布的原 子结构模型 1913 1926
现代量子力学模型
问题：
不同元素的原子所含有的电子数是不同的， 在多电子的原子中，各个电子在原子核外 的运动状态是否相同呢？各个电子具有的 能量是否一样呢？
1.电子层：按电子能量的高低及离核远近划分
电子层： K L M N O P Q 离核远近：近 远 能量高低：低 高
1 K 2 L 3 M 4 N 5 O 6 P 7 Q
卢瑟福的原子结构理论遇到的问题
根据已经知道的电磁运动的规律，电子在运动的 时候会放出电磁波（能量）。因此，绕着原子核旋转 的电子，因为能量逐渐减小，应当沿着一条螺旋形的 轨道转动，离中心的原子核越来越近，最后碰在原子 核上。这样一来，原子就被破坏了。 实际上，原子很稳定，有一定大小，并没有发生 这种电子同原子核碰撞的情况。这又怎样解释呢？
绚丽壮观的焰火增加了节日欢乐的气氛， 都市夜空色彩夺目的美景会给你留下不可磨 灭的记忆。你是否想过，这给你带来惊异和 欢乐的美景是如何产生的？是什么产生了这 不同颜色的光？ 这一节内容的学习，将会帮助我们揭 开其中的秘密。
一、原子结构理论发展史：
一、人类认识原子的历史
道 尔 顿 原 子 模 型
1s 2s，2p
3s，3p，3d 4s，4p，4d， 4f
1 4 9 16
2 8
18
32 2n2
n
—
n2
（3）各种原子轨道的能量高低：
在多电子原子中，电子填充原子轨道时， 原子轨道能量的高低存在如下规律： 相同电子层上原子轨道能量的高低：
ns < np < nd < nf
形状相同的原子轨道能量的高低： 1s < 2s < 3s < 4s…… 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。