高二化学选修课7 核外电子运动状态
核外电子的运动状态
2019/11/6 22
x r sin cos y r sin sin z r cos
r x2 y2 z2
ψ(x、y、z)→ψ（r、θ 、φ） =R（r) ·Y（ θ 、φ)
波函数径 向部分
[思考题]：由公式能看出谱线频率有何特征？ 氢原子光谱的谱线频率不是任意变化的，而
是随着两个正整数的改变而做跳跃式的变化， 即氢原子光谱为不连续光谱。
2019/11/6 8
3.玻尔理论 理论要点
2019/11/6 9
⑴稳定轨道：核外电子是在一些符合一定条件 的轨道上运动。这些轨道具有固定的能量 P=mυr= nh/2π，称稳定轨道。在此轨道上 运动的电子不放出能量，也不吸收能量。
1
6 .626 10 34
(
n
2 1
n
2 2
)
3 .289
10
15
(
1
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。
2019/11/6 13
32
3.289
1015
(
1 22
1 32 )
4.57 1014 (s1 )
到能量较低的轨道，并以光子的形式释放出能 量。所以激发态原子能发光。
可见光
紫外
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电子运动频率的理论推导
氢原子
E E2 E1 h
(
13 .6
n
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。
核外电子运动状态的描述
多电子原子:
为屏蔽系数，其值的大小与l的取值相关
3.磁量子数m
m取值受l的影响,对于给定的l , m可取:
个值.
例如: l = 3,则 共7个值.意义:对于形状一定的轨道( l相同电子轨道), m决定其空间取向.例如: l = 1, 有三种空间取向(能量相同,三重简并).
简并轨道:能量相同的原子轨道，称为简并轨道
1.径向分布函数
首先,看波函数 与r之间的变化关系,亦即R(r) - r之间的关系,看几率密度随半径如何变化.
考察单位厚度球壳内电子出现的几率:即在半径 r的球壳内电子出现的几率.
令: D(r) = D(r)即为径向分布函数.用D(r)对r作图,考察单位球壳内的几率D(r)随r的变化:注意:离中心近的几率大,但半径小;离中心远的几率小,但半径大,所以径向函数不是单调的(即不单调上升或单调下降,有极限值)
从以上三个式子中可见,波函数被分为两项,即为径向部分R和角度部分Y .在此,并不要求我们去解薛定谔方程,只要了解薛定谔方程的形式以及其特殊的解即可.波函数 的下标1, 0, 0; 2, 0, 0; 2, 1, 0所对应的1s, 2s, 2pz是什么?意义如何?
二用四个量子数描述电子的运动状态
波函数 的下标1, 0, 0; 2, 0, 0; 2, 1, 0所对应的是n, l, m,称为量子数.
b.其它轨道的 比Y的图形“瘦”,比较苗条.因为三角函数的Sin和Cos的取值小于等于1,平方后的值必然更小.
c. 无正负,而Y有正负.这种正负只是Y计算中取值的正负(在成键中代表轨道的对称性,不是电荷的正负)
假如:知道了矢量的模|M|和矢量方向,以及其与z轴之间的夹角,则可求得矢量在z轴上的分量.
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l值
能级符 号
0
1s
0 1
2s 2p
0 1 2
3s 3p 3d
0 1 2 3
4s 4p 4d 4f
0 1 2 3 4
5s 5p 5d 5f 5g
l=0
l=1
l=2
l=3
有志者事竟成
思考1：当n=3时，有哪些电子亚层？ 当n=3时，l=0，1 ，2
有3s、3p，3d三个电子亚层
思考2：若n=4，有哪些电子亚层？ 当n=4时，l=0，1 ， 2 , 3 有4s、4p，4d, 4f四个电子亚层
量子数l:0、 1、2、 3、
……
n-1或s、p、d、f
磁量子数m:0 ±1、 ±2 …… ±l 自旋量子数Si: +1/2和-1/2,
电子自旋运动
有志者事竟成
为什么第二电子层中，最多只能容纳8个电子？ 答：因为第二层，n=2，
有两个电子亚层 磁量子数
l=0 0
轨道数 1
l=1
0
±1
3
因此第二层共有4个原子轨道，每个原子轨道 最多容纳2个自旋方向相反的电子，所以，第二层 最多容纳8个电子。
一、波函数和原子轨道
（一）波函数
薛定谔方程 （Schrö dinger Equation） 1926年奥地利物理学家 Erwin Schrö dinger (1887 – 1961)提出. 用于描述核外电子的运动状态， 是一个波动方程，为近代量子力学 奠定了理论基础。
薛定谔方程
Schrö dinger 波动方程在数学上是一个二阶偏微分方程。
有志者事竟成
为什么第三电子层中，最多只能容纳18个电子？
轨道数为
n=3
高中化学竞赛辅导无机化学7.3核外电子的运动状态知识点素材
§7-3 核外电子的运动状态The Moving Stations of Electrons outer the Atomic Nucleus一、微观粒子的波粒二象性（The Wave-like and Particle-like Character of Micro Particles ）1．光的波粒二象性2mc E h h p mc c c c νλ===== p 显示了粒子性（particle property ）,λ显示了波动性（wave property ）,但真正把光的波动性和粒子性统一地反映出来的理论是量子电动力学.2．电子的波粒二象性（The wave and particle properties of the electron ）1924年Louis de Broglie (1892-1987) who worked on his Ph.D. thesis in physics at the Sorbonne in Paris.受到光的波粒二象性的启发,大胆提出了电子也有波粒二象性.He suggested that the electron in circular path above the nucleus to propose that the characteristic wavelength of the electron or of any other particle depends on its mass, m , and velocity, v :(1) λ = h / m v , （h ：Planck’s constant）Sample exercise: What is the characteristic wavelength of a electron with a velocityof 5.97⨯106 m ·s -1 ? (The mass of an electron is 9.11⨯10-28 g)Solution: The value of Plank’s constant, h , is 6.63⨯10-34 J ·s and recall that 1J= 1kg ·m 2·s -2∴3432228616.6310(J s)(10g/1kg)1kg m s 0.122nm (9.1110g)(5.9710m s )1J hmv λ-----⨯⋅⨯⋅⋅==⨯=⨯⨯⋅This characteristic wavelength is about the same as that X-ray.(2) Experiment1927年美国两位科学家 J. Davisson 和L. H. Germer 进行了电子衍射实验,用已知能量的电子在晶体上的衍射试验证明了de Broglie 的预言.电子在电场中加速：212eV mv =, /h mv λ= , ∴2222222/2h h h m v mmv meV λ===,2/2150/h meV V λ==(Å)宏观物体是否存在波动性呢？1.9 g 子弹,v = 3.2⨯104 cm ·s -1,计算得λ = 1.1⨯10-23(Å)； 140 g 垒球,v = 2.5⨯103 cm ·s -1,计算得λ = 1.9⨯10-24 (Å).显然只有在原子世界,才能观察到这种波,而在1927年以前,研究原子性质的科学家根本没有想到有这种波,因此就不会去观察它了.所以波粒二象性是微观粒子第一种显著的运动特点.二、不确定原理（The Uncertainty Principle ）在牛顿力学中,一个宏观物体的运动,其位置和速度都是同时确定的,所以经典力学中所谈的质点的运动轨道（或轨迹）是指具有某种速度、有一定的、可以确定运动物体在任意时刻位置的轨道,如炮弹、子弹和行星的运动轨道.那么氢原子核外电子运动的轨道是否也有同样的含义呢？答案显然是否定的.虽然电子是绕核运动,但它们在特定能级中的运动途径是无法准确测定的.德国物理学家Wemer Heisenberg （1901-1976）在Bohr 处作博士后（Postdoctoral assistantship ）,提出了著名的不确定原理.他二十岁时担任利兹大学理论物理系主任,32岁荣获1932年Nobel 物理学奖.The German physicist, Werner Heisenberg, concluded that the dual nature of matter places a fundamental limitation on how precisely we can know both the location and the momentum of any object. When applied to the electrons in an atom, Heisenberg’s principle states that is inherently impossible for us to know simultaneously both the exact momentum of the electron and its exact location in space.“The more accurately one is known, the less accurately the other is known.” “我们对一个运动电子的动量测得越准,则对它的位置测得越不准；反之亦然.”1．同时准确地测定微观粒子的动量和位置是不可能的.2．解释：测量距离必须有工具.用光线（光子）仔细地观察电子的轨道,指出电子的位置,则光子必与电子相碰撞,才能知道电子的确切位置.由于光子具有很大的能量,当一个光子与电子相碰撞时,一部分动量给了电子,于是测量电子的位置时,不可避免地改变了电子的动量,所以同时准确地测出核外电子的位置和动量是不可能的.3．Heisenber g’s uncertainty principle can be expressed mathematically as∆x ·∆p ≥h/ 2π, where ∆x and ∆p denote the uncertainty in position and momentum, respectively.根据光子的一般原理,我们测量电子的位置的准确性,不可能比所用光的波长更准确,因而给电子造成位置的误差 ∆x = ±λ ,光子与电子相碰撞时,光子将一部分动量转给电子同时给动量造成的误差为 ∆p ,由p = h /λ,得 ∆p ≈ h /±λ = h /∆x∴ ∆p ·∆x ～h ,只有∆x 、∆p 都趋向于零,即同时测准x 和p ,那么两个无穷小量的乘积更应该趋向于零,而不应该趋向于一个常数h .从数学上讲只有∆p ·∆x = 0·∞,即0/(1/∞) = 0/0型,可能会趋向于一个常数.假定电子的距离能够测准,使cm 1019-⨯±=∆x ,则 3423116.6310/ 6.6310110p h x ---⨯=±==⨯±⨯±∆∆,2371316.63107.310m s 910v m p ---±⨯===⨯⋅⨯∆∆± 这个速度误差大到几乎和光速一样,比实际可测的电子速度还要大.对于宏观物体,一颗质量为50g 的子弹的速度为300米/秒,准确到0.01％,则∆x = h /∆p = h / (m ∆v ) = 4.42⨯10-31(m).这远远超过我们测量所达到的精度,因为原子核的直径不过10-13 cm.所以对于宏观物体,不确定原理不起作用,这充分说明宏观物体的位置和动量可以同时准确地测定.4．不确定原理是微观粒子第二个显著的运动特点.5．由于一个原子的物理和化学性质主要取决于原子中运动电子的能量,对于化学家而言,电子所具有的能量比电子所处的位置更重要.6．显然对于1个电子在某一时刻的位置无法确定,但就大量电子（或设想一个电子重复多次地在空间出现）来说,电子出现的几率分布是一定的.所以对于微观粒子的运动轨迹,不能象经典力学所描写的那样有确定的运动轨迹,只能用统计的方法来描述电子在原子核周围某处出现的几率.三、量子力学和原子轨道−− 波函数（Quantum Mechanics and Atomic Orbitals −−Wavefunction ）In 1926, the Austrian physicist Erwin Schrödinger (1887-1961) proposed an equation, now known as Sch rödinger’s wave equation, that incorporates both the wavelike and particle-like behavior of the electron. His work opened a new way of dealing with subatomic particles known as quantum mechanics or wave mechanics.1．根据电子的波粒、二象性,1926年Schr ödinger （荣获1933年诺贝尔物理学奖）提出了原子核外电子的运动方程−− 薛定谔方程.并创造了量子力学这门新兴的物理学.它是一个复杂的二阶偏微分方程,其形式为：0)(8222=-+∇ψπψV E h m 其中E ：总能量,V ：势能,2222222：z y x ∂∂+∂∂+∂∂∇. 关于薛定谔方程的建立及如何求解,是一个复杂的数学问题,不是无机化学所要求的,请不必深究.将在后继课程量子力学或结构化学中学习,因为求解薛定谔方程,需要数理方程基础.2．波函数（Wave function ）(Ψ)(1) 波函数(Ψ )的意义：a ．它不是一个具体的数目,是一个描述波的数学函数式；b ．它是薛定谔方程的解,所以这种函数表达式有明确的数学含义,并没有直接的物理意义；c ．波函数在描述核外电子运动状态时,必须满足：(i) 连续、(ii) 单值、(iii) 有界、(iv)平方可积、(v) 满足归一化条件；d ．波函数是空间和时间的函数. Ψ (x ,y ,z ,t ) 称为含时波函数（非定态波函数）,Ψ (x ,y ,z ) 称为不含时波函数(定态波函数).(2) 波函数(Ψ)的描述：我们只讨论定态波函数a ．Ψ (x ,y ,z )是一个三维的波函数,三维空间都被自变量占了,波函数的形状、大小就难于在三维空间中表示.我们把Ψ (x ,y ,z )进行坐标变换：Ψ (x ,y ,z )−−−→−坐标变换 Ψ(r ,θ,φ) 直角坐标系 球坐标系z = r cos θ,y = r sin θsin φ,x = r sin θcos φ再对Ψ (r ,θ,φ) 进行分离变量： Ψ (r ,θ,φ) → R (r ) · Y (θ,φ)R (r )称为波函数的径向分布（即电子随半径r 变化时的分布）（图7.7a ）, Y (θ,φ)称为波函数的角度分布（即只随θ,φ变化时的分布）（图7.8）；b ．Ψ有正负,所以函数图形也有正负；Fig 7.6 The relationship of sphericalcoordinates (r , θ, φ) to Cartesian coordinates (x , y , z )c．波函数的空间图形反映出核外空间找到电子的可能性的区域,所以波函数就是原子轨道（atomic orbitals）或者原子轨函.(a) (b)Fig 7.7 Plots for the hydrogen-like wave functions of (a) the Fig 7.8 Theangular distribution waveradial function R(r) versus r, the distance from the functions of s, p and d orbitals.nucleus, and (b) the probability distribution function4 r2[R(r)]2 versus r the distance from the nucl eus.(3) 在用薛定谔方程求解波函数时,都和一系列整数有关,这些整数为n、l、m l,即波函数由n、l、m l,来确定：Ψn, l, ml (r,θ,φ)= R n, l(r) ∙Y l, ml(θ,φ).而这三个量子数分别是主量子数（n）,角量子数（l）和磁量子数（m l）.The Bohr model introduced a single quantum number, n, to describe an orbit. The quantum-mechanical model used three quantum numbers, n、m、l, to describe an orbital.量子数是解薛定谔方程时自然得到的,它并不是人为的假定,而Bohr的量子数是假定的.a．主量子数（the principal quantum number）(n)(i) 定义为代表电子在空间运动所占有的有效体积；(ii) n值越大,表明电子能级或主能级层的能量越大,也表示电子离核的平均距离越大；(iii) 取值：n可取1、2、3、4……(iv) 符号（光谱项符号）：n 1 2 3 4 5 ……符号K L M N O ……b．角量子数（the second quantum number）()(i) This quantum number defines the shape of the orbital(ii) 除了氢原子外,任何原子的核外电子的能量都由n和l来决定,即对于氢原子: E(n s) = E(n p) = E(n d) = E(n f),而其它原子：E(n s)＜E(n p)＜E(n d)＜E(n f).(iii) 符号：l 0 1 2 3 4 ……符号s p d f g ……(iv) 每个主层上有一个或多个分层组成.取值：l：0、1、2、3、……、(n-1) , 共n个数值.c．磁量子数（the magnetic quantum number）（m l）(i) This quantum number describes the oriented of the orbital in space.(ii) 取值：m = 0、±1、±2、±3、……、±l,共取(2 l + 1)个数值(iii) 原子轨道的角度分布图（图7.8）3．几率密度 | Ψ2 |（probability density）和电子云（electron cloud）(1) 波函数的绝对值平方|Ψ | 2可以有明确的物理意义(若Ψ为复数,则|Ψ| 2= Ψ·Ψ*),它表示电子在核外某一点的几率密度.(2) 在空间某点(r,θ,φ)附近的一个体积元dτ中,电子出现的几率为|Ψ |2dτ.应当指出几率和几率密度是两个不同的概念,前者是一个无量纲的纯数,后者的量纲为1/体积.(3) 电子云电子在核外空间出现的机会统计的结果,可以看作带负电荷的电子云.它是| ψ| 2dτ的具体图象.它只是电子行为的统计结果的一种形象化表示法,也有把| ψ| 2（几率密度）称为电子云密度.(4) 电子云的角度分布图a．Y2(θ,φ)随角度(θ,φ)变化的图形,这种图形只能表示出电子在空间不同角度所出现的几率大小,并不能表示出电子出现的几率与离核远近的关系.b．电子云角度分布图与原子轨道角度分布图的区别：(i) 前者为正值（即无+,-）之分,后者有+,-之分；(ii) 前者、后者形状相似,但前者更瘦一点.(5) 电子云的径向分布图（图7.7,b）a．设想把电子云通过中心分割成具有不同半径的薄球壳,则半径为r,厚度为d r的薄球壳的体积为4πr2d r,电子在该球壳中出现的几率和径向分布函数4πr2R2(r)有关[R(r)是波函数的径向部].b．以4πr2R2(r)对r作图就可以得到电子云的径向分布图.c．4πr2R2(r)的数值越大,表示电子在半径r、厚度为d r的球壳中出现的几率也越大.d．注意：这种图形只能表示出电子出现几率大小与离核远近的关系.不能表现出电子出现的几率与角度的关系.以氢原子的1s电子云的径向分布为例,随着r的增大,一方面R2(r)的数值减少,另一方面4πr2d r增大,所以当r= 0.53Ǻ时,4πr2R2(r)d r出现了最大值.这明确说明电子并非一定出现在以Bohr半径为半径的圆形轨道上不可,只是在此处的球壳中,出现的几率最大而已.e．原子核外电子的分布相对来讲还是有内层和外层之分.总之,电子云的径向分布图和角度分布图只是反映出电子云的两个侧面,它们都不能完整地表示出电子云的形状.电子云还有其它图示方法表示,如电子界面图,这里不作介绍.。
高二化学选择性必修课件原子核外电子的运动
元素周期律及其应用
元素周期律定义
元素性质随着原子序数的递增而呈现周期 性变化。
周期表结构
周期表按照原子序数排列，具有横行（周 期）和纵行（族）的结构。
元素性质递变规律
包括原子半径、电离能、电子亲和能、电 负性等性质的递变规律。
应用
利用元素周期律预测和解释元素的性质， 指导新元素的合成和性质研究。
化学键类型与性质
氧化反应
物质失去电子（或电子对偏离）的反应， 表现为元素化合价升高。
还原反应
物质得到电子（或电子对偏向）的反应， 表现为元素化合价降低。
氧化剂
在反应中得到电子（或电子对偏向）的物 质，即所含元素化合价降低的物质。
还原剂
在反应中失去电子（或电子对偏离）的物 质，即所含元素化合价升高的物质。
原电池工作原理及应用
沉淀的生成与溶解
在一定条件下，难溶电解质在溶液中 的溶解与析出达到动态平衡。
通过改变条件（如浓度、温度、pH等 ）使沉淀生成或溶解。
溶度积常数（Ksp）
表达难溶电解质在溶液中溶解平衡状 态的常数，与温度有关。
难溶电解质溶解平衡移动
沉淀的转化
一种难溶电解质转化为另一种更难溶的电解质的过程。
同离子效应
影响化学反应速率因素
内因
反应物本身的性质，是决定化学反应 速率的主要因素。
外因
浓度、压强、温度、催化剂等外部条 件对化学反应速率的影响。
化学平衡及其移动原理
化学平衡状态
在一定条件下，可逆反应中正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物的浓 度不再发生变化的状态。
化学平衡移动原理
当改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强、温度等）时，平衡就向能够减弱这 种改变的方向移动。例如，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动；升高温 度，平衡向吸热反应方向移动。
量子力学对原子核外电子运动状态的描述课件高二化学选择性必修
二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述 原子轨道示意图：
二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述
d 轨道(l = 2, m = +2, +1, 0, -1, -2) m 五种取值, 空间五种取向, 五条等价(简并) d 轨道。
二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述
f 轨道 ( l = 3, m = +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 ) m 七种取值, 空间七种取向, 七条等价(简并) f 轨道。
用方框表示一个原子轨道，用箭头“↑”或“↓”来区别自旋状态不同的电子。钠三、基态子的核外电子排布构造原理
为了使整个原子体系的能量最低，随着原子 序数的递增，基态原子的"外层电子"按照箭头的 方向依次排布在各原子轨道上∶ 1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、 5p、 6s……
电子填满了一个能级，开始填入下一个能级。
三、基态原子的核外电子排布
写出Mn元素（25号）基态原子的电子排布式和轨道表示式。
1s22s22p63s23p63d54s2
电子按构造原理顺序在原子轨道上排布，但书写电子排布式 或轨道表示式时，应按电子层数由小到大的顺序书写。
排布顺序：1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 书写顺序：1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p
三、基态原子的核外电子排布
K2 2
1s
Na
L 8 2 222
2s
2p
M1 1
3s
3p
原则二：泡利不相容原理
一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，且这两个 电子的自旋状态不同。
3d
↑↑
He ↑↓
核外电子运动状态的描述_图文
体积三者之间的关系。
量子力学理论证明，| |2 的
物理意义是电子在空间某点的概 率密度，于是有
W = | |2 V
W = | |2 V
当空间某区域中概率密度一 致时，我们可用乘法按公式求得 电子在该空间区域中的概率。
对于 H 原子 n = 1 E = － 13.6 eV
n = 2 E = － 3.40 eV ……
E = －13.6 eV Z 2 n2
n E=0 即自由电子，其能量最大， 为 0。
E = －13.6 eV Z 2 n2
主量子数 n 只能取 1，2，3，4 ……等正整数，故能量只有不连续的 几种取值，即能量是量子化的。
例如 n = 4 时，l 有 4 种取 值，就是说核外第 4 层有 4 种形 状不同的原子轨道：
l = 0 表示 4s 轨道，球形
l = 0 表示 4s 轨道，球形 l = 1 表示 4p 轨道，哑铃形 l = 2 表示 4d 轨道，花瓣形 l = 3 表示 4f 轨道，
由此可知，在第 4 层上，共有 4 种不同形状的轨道。
E = －13.6 eV Z 2 n2
E = －13.6 eV Z 2 n2
E 电子能量，Z 原子序数， eV 电子伏特，能量单位， 1 eV = 1.602 10－19 J
E = －13.6 eV Z 2 n2
n 的数值大，电子距离原 子核远， 且具有较高的能量。
E = －13.6 eV Z 2 n2
2 O
cos
=
OA′
OA
h
2
cos =
h 2 2
所以 = 45°
第二节核外电子运动状态的描述
二、核外电子运动状态的描述
（一）电子云
定义：电子在原子核外一定空间运动，其统计图像犹如带负
电荷的云雾笼罩在原子核周围，形象地称之为电子云。
说明：
• •
电子云为一个统计结果，一个小黑点表示某一瞬间电子曾在 此出现过。 电子云是电子在空间出现的概率密度分布的形象化表示。
二、核外电子运动状态的描述
级能量的整数值相同的能级归为一组，称为一
个能级组。
能级组序号：整数值为1的称为第一能级组，
整数值为2的称为第二能级组……
三、原子轨道能级图
3.能级图
将能级组按照能量由低到高的顺序排
列，得到的排列图称为能级图。
每一个能级组 都是以s开始 ，以p结束。
三、原子轨道能级图
4.能级能量高低的比较
(1) l相同时，n愈大，能级能量愈高。 E1s < E2s < E3s < E4s < E5s < E6s < E7s (2) n相同时， l愈大，能级愈高。 E4s＜ E4p ＜ E4d ＜ E4f (3)若n、 l都不同，则可由公式E=n+0.7l求算 能级的能量，E值越大，能级能量越高。 E4s=4+0.7×0=4 E3d=3+0.7×2=4.4 E4s＜ E3d
概念：离核较远的电子可能钻到离核较近的内层空间，
本 节 基 本 要 求
1、掌握四个量子数的名称、符号、取值和制约关 系，能用四个量子数讨论电子的运动状态。 2、熟悉s、p、d电子云的形状和空间的伸展方向。 重点： 量子力学表征，四个量子数及取值、制约关系 难点： 量子力学表征，四个量子数的制约关系
电子层轨道数n2 1 电子层最多 容纳电子数2n2 2
核外电子的运动状态
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。
高二化学原子核外电子的运动PPT精品课件
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2021/02/24
7
40 20
D2＋。试回答下
列问题：
(1)用化学符号表示：A___________，B______________，
C______________，D______________；
(2)A微粒和D微粒的电子排布式分别是________________
，__________；
(3)B和C所属元素的原子结合时可形成分子或离子，各举
第3课时 单元整合
1.核外电子运动状态
特点：质量小，速度快，运动范围极
核
小，无法同时测得其速度和位置
外
电
子
描述方法
运
动
状
态 核外电子排布
2．不同电子层、原子轨道最多容纳电子数
电子层
1
2
3
4
…… n
符号
KL
M
N
……
原子轨道 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f ……
轨道数
1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 ……
各轨道电子数 2 2 6
2 6 10 2 6 10 14 ……
电子层电子数 2
8
18
32
…… 2n2
【典例1】 ► 有A、B、C、D四种微粒，A得到一个电子后，其 电子层构型与Ar相同。B有3个电子层，其失去2个电子后
呈0价，第1、3层电子数之和等于第2层。C呈电中性，在
空气中的含量仅次于________。
化学课件-核外电子的运动状态PPT15页
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
15
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
化学课件-核外电子的运动状态
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
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。
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高二化学选修课7 核外电子运动状态
【知识目标】
学习内容 学习水平 具体知识要点
核外电子排布 的表示方法
理解
1、电子式的含义及书写
2、原子结构示意图的含义及书写(1-18号元素)
3、电子排布式、轨道表示式的含义及书写(1-18号元素)
考点1、原子结构示意图
知识梳理
原子核外电子 的分层排布
电子层序数
1 2 3 4 …… 电子层符号 K
L M
N ……
电子离核距离 由 近 远 电子能量
由 低
高
核外电子排布的规律
① 能量最低原理：即排满了K 层才排L 层，排满了L 层才排M 层。
② 最多容纳原理：每个电子层最多容纳 2n 2
个电子。
③ 不能超过原理：最外层电子数不能超过 8 个电子（K 层为最外层时，不能超过2个电子）；次外层电子数不超过 18 个电子（K 层为次外层不能超过2个电子）。
原子结构 示意图
知识应用 【例1】某短周期元素原子的次外层电子数为最外层电子数的2倍，则该元素原子核内质子
数为
A ．3
B ．6
C ．14
D ．16 【例2】某离子的结构示意图为，该离子所带的电荷数可能为
A ．8-n
B ．n-8
C ．10-n
D ．n-10
【知识巩固】
1．下列关于多电子原子核外电子的运动规律的叙述正确的是
A ．核外电子是分区域运动的
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绕核运动 2．判断某多电子原子中电子能量大小的依据是
A ．元素原子的核电荷数
B ．原子核外电子的多少
C ．电子离原子核的远近
D ．原子核外电子的大小
+n 28K L
电子层 层内电子数
原子核
核电荷数
N
粒子符号
+725
3．周期表中16号元素和4号元素的原子相比较，前者的下列数据是后者的4倍的是A．电子数B．最外层电子数C．电子层数D．次外层电子数4．某元素原子的最外层电子数是次外层电子数的n倍（n为大于1的自然数），则该元素原子核内的质子数是
A．2n B．n+2 C．2n+10 D．2n+2
5．短周期三种元素X、Y和Z。
已知X元素原子的最外层上只有一个电子，Y元素原子L层上的电子数与K层和M层上电子总数相等，Z元素原子的L层电子数比Y元素原子的L层少2个。
则由这三种元素组成化合物的化学式不可能是
A．X2YZ4B．X2YZ3C．X2Y2Z3D．XYZ4
考点2、核外电子排布式
知识梳理核外电子
运动特点
质量小、运动空间小、高速、无确定轨迹
电子云小点的疏密程度表示电子在原子核外空间某处出现机会的多少
电子运动
状态参数
状态参数电子层电子亚层电子云伸展方向电子自旋状态作用
决定电子能量高低（能级）
决定轨道数目
决定电子运动状态
电子
排布式
用数字在亚层符号右上角表明该亚层上排布的电子数。
如：
电子层、
亚层
与原子轨
道关系
在多电子原子中，同一电子层中的电子，能量可能有差异，分为不同的亚层(s、p、
d、f)，电子层好比是楼层，那么亚层就是楼梯的阶级。
具体有如下关系：
电子层K L M N
亚层1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
轨道 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7
最多容纳电子
数 2 8 18 32
核外电子
排布规律
（1）能量最低原理：能量高低顺序 1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d。
（2）泡利不相容原理（自旋配对）：一个原子轨道最多只能容纳2个电子，且自
旋方向相反。
等价表示：在一个原子里，不存在运动状态完全相同的两个电子。
（3）洪特规则（平行分占）：当电子排布在同一亚层的不同轨道时，总是优先单
独占据一个轨道（即分占不同的轨道），而且自旋方向相同。
N 1s12s22p3
粒子符号
电子层序数电子亚层符号
亚层内电子数
按能量高低排列能级
轨道
表示式
用一个小方框表示一个原子轨道，在方框中用“↑ ”或“↓ ”表示该轨道上排入电子的数目。
如：
书写轨道表示式时要遵循核外电子的排布规律。
几种表示式的比较
表示式
名称
对电子运动状态的描述 描述程度
轨道表示式
电子层、电子亚层
电子云伸展方向、自旋状态 详尽 粗略
电子排布式 电子层、电子亚层
结构示意图
电子层 电子式
最外层
知识应用
【例1】有关核外电子运动规律的描述错误的是
A ．核外电子质量很小，在原子核外作高速运动
B ．核外电子的运动规律与普通物体类似，存在确定的轨迹
C ．在电子云示意图中，通常用小黑点来表示电子绕核作高速圆周运动
D ．在电子云示意图中，某处小黑点密表示电子在核外空间该处出现的机会多 【例2】关于硫原子核外电子的叙述错误的是 A ．排布在K 、L 、M 三个电子层上 B ．3p 亚层上有2个空轨道 C ．共有16种不同的运动状态 D ．共有5种不同的能量 【例3】以下表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是
A He ： B
C 1s 2
D
【知识巩固】 1、1-18号元素中
① 核外次外层电子数是最外层电子数2倍的元素：_________
② 原子核外有5种不同能量的电子，且s 电子数比p 电子数少1个：___________ ③ 核外最外层电子数等于次外层电子数的元素：____________ ④ 原子核外电子占了4个轨道：____________
⑤ 核外s 电子数比P 电子数多1的元素：______________ ⑥ 核外P 电子数等于s 电子数的元素：______________ ⑦ 核外有一个未成对电子的元素：_______________ ⑧ 核外有二个未成对电子的元素：______________
1s
2s
2p
1s 12s 22p 3 +725
N · · · · · N
1s
2s
2p
电子层序数+电子亚层符号 轨道 电子自旋状态
按能量高低排列轨道
⑨ 核外有三个未成对电子的元素：______________ ⑩ 核外有三对成对电子的元素：________________ 2、下列表示正确的是
A ．CH 4的比例模型
B ．二氧化碳的结构式 O —
C —O C ．S 2—
的结构示意图
D ．氯化钠的电子式 Na ︰Cl ︰‥
‥
3、只表示一种微粒的化学用语是
A ． B.X:X C.ns 1
D.X-X
4、氮原子 2p 亚层上的 3 个电子不相同的是
A ．能量
B ．电子云形状
C ．电子云伸展方向
D ．自旋状态
5、零族元素难以形成化合物的根本原因是它们 A ．都是惰性元素
B ．化学性质不活泼
C ．都以单原子分子形式存在
D ．原子结构均为稳定结构
6、下列化学用语能确定为氢分子的是 A ．球棍模型：
B ．分子式：X 2
C ．结构式： X-X
D ．电子式：X:X
7、元素周期表中铋元素的数据见右图，下列说法正确的是 A ．Bi 元素的质量数是209 B ．Bi 元素的相对原子质量是209.0 C ．Bi 原子6p 亚层有一个未成对电子 D ．Bi 原子最外层有5个能量不同的电子
8、下列电子运动状态的描述中，确定一个“轨道”应包括
①电子层 ②电子亚层 ③电子云的伸展方向 ④电子的自旋状态 A ．①②③④ B ．①②③ C ．①② D ．①
9、（1）镁原子核外有 种不同运动状态的电子， 种不同能量状态的电子。
（2）铝元素在周期表的位置是
（3）铝和镁比较，金属性较强的是 （填元素符号），并举一实例说明此结论
（4）氢氧化铝的电离方程式为 （5）铍和铝性质相似。
将BeCl 2溶液加热蒸干后灼热，再使其熔融，用直流电电解，可得到单质铍和一种单质气体，则该气体的化学式为 。
写出BeCl 2溶液和过量氨水反应的离子方程式
16826
X X。