1原子结构和性质知识点

第一章原子结构与性质

第一节原子结构

【知识点梳理】

1、原子的诞生：

现代大爆炸理论认为：宇宙大爆炸诞生了大量的氢、少量的氦、以及极少量的锂。如今，宇宙中最丰富的元素是氢、其次是氦。地球上的元素大多数是金属，非金属仅22种。

2、能层、能级

（1）能层

①原子核外的电子是分层排布的。根据电子的能级差异，可将核外电子分成不同的能层。

②每一能层最多能容纳的电子数不同：最多容纳的电子数为2n2个。

③离核越近的能层具有的能量越低。

能层序数 1 2 3 4 5

能层符号

能级符号

轨道数

电子数

离核远近由近————————→远

能量高低由低————————→高

（2）能级

在多电子的原子中，同一能层的电子，能量也可以不同。不同能量的电子分成不同的能级。

规律：①每个能层所包含的能级数等于该能层的序数n，且能级总是从s能级开始，如：第一能层只有1个能级1s，第二能层有2个能级2s和2p，第三能层有3个能级3s、3p、3d，第四能层有4个能级4s、4p、4d和4f，依此类推。

②不同能层上的符号相同的能级中最多所能容纳的电子数相同，即每个能级中最多所能容纳的电子数只与能级有关，而与能层无关。如s能级上最多容纳2个电子，无论是1s还是2s；p能级上最多容纳6个电子，无论是2p还是3p、4p能级。

③在每一个能层（n）中，能级符号的排列顺序依次是ns、np、nd、nf……

④按s、p、d、f……顺序排列的各能级最多可容纳的电子数分别是1、3、5、7……的两倍，即分别是2、6、10、14……

原子轨道

轨道形状

轨道数

最多电子数

（1）基态原子与激发态原子

①基态原子为能量最低的原子。基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。

②基态原子与激发态原子相互转化与能量转化关系：

（2）构造原理

随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子的排布将遵循如图的排布顺序，我们将这个顺序成为构造原理。

①它表示随着原子叙述的递增，基态原子的核外电子按照箭头的方向在各能级上依此排布：1s，2s，2p，3s，3p，4s，3d，4p，5s，4d，5p，6s……这是从实验得到的一般规律，适用于大多数几台源自的核外电子排布。

②构造原理的意义：根据构造原理中电子在能级上的填充顺序，只要我们知道原子序数，就可以写出几乎所有原子的电子排布，并用电子排布式表示，如基态Na原子的电子排布式：1s22s22p63s1，基态Ar原子的电子排布式：1s22s22p63s23p6，基态Fe原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d64s2

③各能级的能量高低顺序可表示为：（n表示能层）

a.E ns＞E(n－1)s＞E(n－2)s

b.E np＞E(n－1)p＞E(n－2)p

c.E nd＞E(n－1)d＞E(n－2)d

d.E nf＞E(n－1)f＞E(n－2)f

e.E ns＜E(n－2)f＜E(n－1)d＜E np

④由构造原理写出的电子排布式书写过繁，可以把内层电子已达到稀有气体结构的部分写成“原子实”，以稀有气体的元素符号外加方括号表示，如Si、Fe的简化电子排布式分别为：Si:[Ne]3s23p2, Fe:[Ar]3d64s2。

⑤在化学反应中，原子的外围电子发生变化而“原子实”不受影响，所以描述原子核外电子排布时，也可以省去“原子实”，仅写出原子的外围电子排布式（对主族元素的原子，外围电子又称价电子）。如Si、Fe的外围电子排布分别为：Si: 3s23p2，Fe: 3d64s2。

（3）能级交错

从第三电子层起就出现能级交错现象，如3d的能量似乎应低于4s，而实际上E3d>E4s，按能量最低原理，电子在进入核外电子层时，不是排完3p就排3d，而是先排4s才排3d，由于能级交错，在次外层未达最大容量之前，已出现了最外层，而且最外层未达最大容量时，又进行次外层的填充。如钙的电子排布式易写成：1s22s22p63s23p63d2，若掌握了能级交错的知识，则应写成：1s22s22p63s23p64s2。

（4）核外电子排布的特殊稳定状态

量子力学理论指出，在等价轨道上（同一能级）的电子排布在全充满（p6和d10）、半充满（p3、d5）和全空（p0、d0）状态时，体系的能量较低，原子较稳定，如Cu的外围电子排布，若仅根据构造原理，易错写为：3d94s2，实际上Cu的外围电子排布应为3d104s1，同理Ag的外围电子拍不应为4d105s1。

（5）光谱与光谱分析

①光谱：不同元素的原子发生跃迁时会发生吸收或释放不同的光，可以用光谱摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。

②光谱分析：在现代化学中，常利用原子光谱上的特征光谱来鉴定元素，称为光谱分析。

③氢原子光谱：氢原子光谱为线状光谱。多电子原子光谱较复杂。

④玻尔原子结构模型与氢原子光谱：玻尔原子结构模型证明氢原子光谱为线状光谱。

4、原子核外电子运动状态描述

（1）电子云：

①电子云图中的黑点不代表一个电子，每一个黑点表示电子出现过一次。

②黑点疏密的过程表示了电子在原子核外出现的概率的大小。点疏的地方表示电子在那里出现的概率小，点密集的地方表示电子在那里出现的概率大。

③离核越近，电子出现的概率越大，电子云越密集。如2s电子云比1s电子云更扩散。

④s能级的电子云为球形，只有一种空间伸展方向。p电子云有三种空间伸展方向。（2）原子轨道

①原子轨道：电子云的轮廓图称为原子轨道。常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来。

②原子轨道的形状：s原子轨道是球形的，p原子轨道是纺锤形的，如图甲、乙。

③能层序数n越大，原子轨道的半径越大。

④不同能层的同种能级的原子轨道形状相似，只是半径不同。

⑤ns能级各有1个轨道，np能级有3个轨道，nd能级有5个轨道，nf能级有7个轨道。np能级有7个轨道。np能级中的3个原子轨道相互垂直，分别以p x、p y、p z表示，它们具有相同的能量。

⑥各原子轨道的能量高低

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以下规律：

a．相同电子层上原子轨道能量的高低：ns＜np＜nd＜nf

b．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2p x，2p y，2p z轨道的能量相等。

5、核外电子轨道排布式

（1）核外电子排布的原则：

①能量最低原理：原子核外电子先占有能量低的轨道，然后依次进入能量高的轨道，这样使整个原子处于能量最低的状态。

②泡利不相容原理：每个原子轨道上最多只能容纳两个自旋状态不同的电子。如2s轨