原子轨道电子云轮廓图共25页文档
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3
氫原子1s軌域
♦ 氢原子的所有轨域均可以数学函数表示，这些 数学函数称为氢原子轨域波函数。
氢原子1s轨域波函数 Ψ1s
1 er π
(r 的单位为波耳半径 ao，ao = 0.529 Å)
4
氢原子1s轨域电子出现最大机率半径
机率函数P(r) = 4pr2(Y1s)2 = 4r2e-2r 最大机率半径为 dP(r) 0 dr
♦ 原子內質子與電子數相同，為電中性；原子核 內質子數，稱為原子序。原子序不同元素，性 質不同。
♦ 電子先填入低能量軌域，然後依序往高能量軌 域填入。
27
包立不相容原則 (Pauli Exclusion Principle)
♦ 科學家發現每一個原子軌域最多只能容納兩個 電子，但這兩個電子的自轉方向需相反，稱為 包立不相容原則。
♦ 包立不相容原則比較簡單的定義為，每一個原 子軌域最多只能容納兩個自轉方向相反的電子 。
♦ 填入兩個電子的軌域，淨電子自轉磁量為0，此 為自然法則。
28
一個軌域能填入三個電子？
♦ 當然不行，因為違反自然法則，理由如下： 1. 電子自轉只有順時針及反時針方向兩種，沒 有其他可能的自轉方式。 2. 電子自轉方向相反才能配對於同一軌域，配 對電子淨磁量為0。 [此現象可以兩塊長條磁鐵為例說明，兩塊長 條磁鐵需相反極才能互相吸引配對。]
机率函数P(r) = 4pr2(Y1s)2 = 4r2e-2r
0r4r2e2rdr
e2r (2r2
2r
r
1)
0
90%: r ≈ 2.7ao
2.7ao
7
氢原子1s轨域电子总出现机率半径
机率函数P(r) = 4pr2(Y1s)2 = 4r2e-2r
氫原子1s軌域
♦ 氢原子的所有轨域均可以数学函数表示，这些 数学函数称为氢原子轨域波函数。
氢原子1s轨域波函数 Ψ1s
1 er π
(r 的单位为波耳半径 ao，ao = 0.529 Å)
4
氢原子1s轨域电子出现最大机率半径
机率函数P(r) = 4pr2(Y1s)2 = 4r2e-2r 最大机率半径为 dP(r) 0 dr
♦ 原子內質子與電子數相同，為電中性；原子核 內質子數，稱為原子序。原子序不同元素，性 質不同。
♦ 電子先填入低能量軌域，然後依序往高能量軌 域填入。
27
包立不相容原則 (Pauli Exclusion Principle)
♦ 科學家發現每一個原子軌域最多只能容納兩個 電子，但這兩個電子的自轉方向需相反，稱為 包立不相容原則。
♦ 包立不相容原則比較簡單的定義為，每一個原 子軌域最多只能容納兩個自轉方向相反的電子 。
♦ 填入兩個電子的軌域，淨電子自轉磁量為0，此 為自然法則。
28
一個軌域能填入三個電子？
♦ 當然不行，因為違反自然法則，理由如下： 1. 電子自轉只有順時針及反時針方向兩種，沒 有其他可能的自轉方式。 2. 電子自轉方向相反才能配對於同一軌域，配 對電子淨磁量為0。 [此現象可以兩塊長條磁鐵為例說明，兩塊長 條磁鐵需相反極才能互相吸引配對。]
机率函数P(r) = 4pr2(Y1s)2 = 4r2e-2r
0r4r2e2rdr
e2r (2r2
2r
r
1)
0
90%: r ≈ 2.7ao
2.7ao
7
氢原子1s轨域电子总出现机率半径
机率函数P(r) = 4pr2(Y1s)2 = 4r2e-2r
课件1：1.1.2 原子的基态与激发态、电子云与原子轨道
1s电子在原子核外出现的概率分布图
小黑点不表示电 子，只表示电子在这里 出现过一次。
小黑点的疏密表 示电子在核外空间内出 现的机会的多少。
电子云只是形象 地表示 电子出现在各点的 概率高低,而实际上并不存 在。
电子轮廓图的制作
常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来， 人们把这种电子云轮廓图称为原子轨道。
核外电子运动的特征
⑴ 核外电子质量小(只有9.11×10-31 kg)，运动空间小 （相对于宏观物体而言），运动速率大(近光速)。
⑵无确定的轨道，无法描述其运动轨迹。
⑶无法计算电子在某一刻所在的位置，只能指出其在核 外空间某处出现的机会的多少(概率)。
测不准原理(海森堡)
核外电子运动状态的描述
电子云:电子在原子核外出现的概率分布图。
电子云轮廓图——原子轨道
S能级的原子轨道是球形对称的.
原子轨道
电子云形状 ①s电子云呈球形，在半径相同的球面上，电子 出现的机会相同； ②p电子云呈哑铃形 (或纺锤形)； ③d电子云是花瓣形； ④f电子云更为复杂。
S能级的原子轨道图
* S能级的原子轨道是球形对称的 * 能层序数n越大,原子轨道半径越大
第1章 原子结构与性质
第一节 原子结构
第2课时 原子的基态与激发态、电子云与原子轨道
一、基态与激发态
基态与激发态 的关系原子光谱
吸收光谱
基态原子 能量最低
吸收能量 释放能量
激发态原子 能量较高
发射光谱
基态与激发态相互转化的应用
焰色 反应
处__于__最__低__能__量__的__原__子_____叫做基态原子。
(2) 1s22s2 2p63d1 属于激发态 构造原理： 1s；2s 2p；3s 3p；4s 3d 4p；
小黑点不表示电 子，只表示电子在这里 出现过一次。
小黑点的疏密表 示电子在核外空间内出 现的机会的多少。
电子云只是形象 地表示 电子出现在各点的 概率高低,而实际上并不存 在。
电子轮廓图的制作
常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来， 人们把这种电子云轮廓图称为原子轨道。
核外电子运动的特征
⑴ 核外电子质量小(只有9.11×10-31 kg)，运动空间小 （相对于宏观物体而言），运动速率大(近光速)。
⑵无确定的轨道，无法描述其运动轨迹。
⑶无法计算电子在某一刻所在的位置，只能指出其在核 外空间某处出现的机会的多少(概率)。
测不准原理(海森堡)
核外电子运动状态的描述
电子云:电子在原子核外出现的概率分布图。
电子云轮廓图——原子轨道
S能级的原子轨道是球形对称的.
原子轨道
电子云形状 ①s电子云呈球形，在半径相同的球面上，电子 出现的机会相同； ②p电子云呈哑铃形 (或纺锤形)； ③d电子云是花瓣形； ④f电子云更为复杂。
S能级的原子轨道图
* S能级的原子轨道是球形对称的 * 能层序数n越大,原子轨道半径越大
第1章 原子结构与性质
第一节 原子结构
第2课时 原子的基态与激发态、电子云与原子轨道
一、基态与激发态
基态与激发态 的关系原子光谱
吸收光谱
基态原子 能量最低
吸收能量 释放能量
激发态原子 能量较高
发射光谱
基态与激发态相互转化的应用
焰色 反应
处__于__最__低__能__量__的__原__子_____叫做基态原子。
(2) 1s22s2 2p63d1 属于激发态 构造原理： 1s；2s 2p；3s 3p；4s 3d 4p；
课件3：1.1.2原子的基态与激发态、电子云与原子轨道
用光谱仪摄取 得到各种元素的电子的 吸收光谱或发射光谱
可利用原子光谱上的特征谱线来鉴 定元素，称为光谱分析
原子光谱图
锂、氦、汞的原子光谱图
课堂练习
1、判断下列表达是正确还是错误
x1）1s22p1属于基态；
x2）1s22s2 2p63s2 3p63d54s1属于激发态；
√3）1s22s2 2p63d1属于激发态；
本节内容结束
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第一章 原子结构与性质
第一节 原子结构 第2课时 原子的基态与激发态、
电子云与原子轨道
1．基态原子与激发态原子
处于最低能量的原子叫做基态原子
当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
碳原子吸收能量后由基态变为激发态
同一能级上的电子的能量相同
（放热）
不同元素的原子发生跃迁时会吸收 或释放不同的能量 表现为光的形式
五、电子云
• 并不真实存在 • 只表示电子出现的几率 • 离核越远，电子云的密度越小（说明电子
出的原子轨道是___球_____形的， 能层序数越大，原子轨道的 _半__径__越_大__。
P的原子轨道是__纺__锤____形的，每个P能
级有___3____个轨道，它们互相垂直，分别 以___P_x _、___P_y__、___P_z___为符号。P原子 轨道的平均半径也随能层序数增大而_增__大__。
x4）1s22s2 2p63p1属于基态；
核外电子运动的特点： ①___质__量__极__小_ ②_运__动__空__间__极__小_
③_极__高__速__运__动________
因此，电子运动不能用牛顿运动定 律来描述，只能用__统__计__的观点来描述。 我们不可能像描述宏观运动物体那样， 确定某个时刻的电子会在哪里？ _只__知__它__在__原__子__核__外__各__处__出__现__的__概。率
可利用原子光谱上的特征谱线来鉴 定元素，称为光谱分析
原子光谱图
锂、氦、汞的原子光谱图
课堂练习
1、判断下列表达是正确还是错误
x1）1s22p1属于基态；
x2）1s22s2 2p63s2 3p63d54s1属于激发态；
√3）1s22s2 2p63d1属于激发态；
本节内容结束
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第一章 原子结构与性质
第一节 原子结构 第2课时 原子的基态与激发态、
电子云与原子轨道
1．基态原子与激发态原子
处于最低能量的原子叫做基态原子
当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
碳原子吸收能量后由基态变为激发态
同一能级上的电子的能量相同
（放热）
不同元素的原子发生跃迁时会吸收 或释放不同的能量 表现为光的形式
五、电子云
• 并不真实存在 • 只表示电子出现的几率 • 离核越远，电子云的密度越小（说明电子
出的原子轨道是___球_____形的， 能层序数越大，原子轨道的 _半__径__越_大__。
P的原子轨道是__纺__锤____形的，每个P能
级有___3____个轨道，它们互相垂直，分别 以___P_x _、___P_y__、___P_z___为符号。P原子 轨道的平均半径也随能层序数增大而_增__大__。
x4）1s22s2 2p63p1属于基态；
核外电子运动的特点： ①___质__量__极__小_ ②_运__动__空__间__极__小_
③_极__高__速__运__动________
因此，电子运动不能用牛顿运动定 律来描述，只能用__统__计__的观点来描述。 我们不可能像描述宏观运动物体那样， 确定某个时刻的电子会在哪里？ _只__知__它__在__原__子__核__外__各__处__出__现__的__概。率
高三化学电子云与原子轨道PPT课件
则以及原子结构之间的关系，充分认识结构决定性质的化 学基础 • 四、教具准备 • 多媒体
课堂练习
1、判断下列表达是正确还是错误 1）1s22p1属于基态； 2）1s22s2 2p63s2 3p63d54s1属于激发态； 3）1s22s2 2p63d1属于激发态； 4）1s22s2 2p63p1属于基态；
①已知核外电子数目先按照能量最低原 理从1s排起
②其间应考虑是否需应用泡利原理和洪 特规则，特别是要求画外围轨道表示式
③最后考虑是否需要应用量子力学关于 全空、半充满、全充满的排布规定，如 Cr、Cu等原子
；托管班加盟 托管所加盟 午托班加盟 学生托管所；
2．p电子云/原子轨道的形状是纺锤形 （或称为哑铃形），其伸展方向是互向 垂直的三个方向（Px、Py、Pz）。
P电子原子轨道半径同样随着n增大而增大
科学探究
观察图1-14，这些图称为原子的 电子轨道表示式
1．每个原子轨道最多只能容纳几
个电子？
2．当电子排在同一个能级内时， 有什么规律？
★核外电子排布规则: 1.能量最低原理
答案： (1) x(2) x(3)√(4) x
五、电子云与原子轨道
思考: 宏观物体与微观物体（电 子）的运动有什么区别?
宏观物体的运动特征：
• 可以准确地测出它们在某一时刻 所处的位置及运行的速度；
• 可以描画它们的运动轨迹。
微观物体的运动特征：
电子的质量很小，只有9.11×10-31 千克；
核外电子的运动范围很小（相对于
宏观物体而言）；
测不准
电子的运动速度很大；
1、电子云
图中 表示原子核，一个小黑点代表 电子在这里出现过一次
➢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。
课堂练习
1、判断下列表达是正确还是错误 1）1s22p1属于基态； 2）1s22s2 2p63s2 3p63d54s1属于激发态； 3）1s22s2 2p63d1属于激发态； 4）1s22s2 2p63p1属于基态；
①已知核外电子数目先按照能量最低原 理从1s排起
②其间应考虑是否需应用泡利原理和洪 特规则，特别是要求画外围轨道表示式
③最后考虑是否需要应用量子力学关于 全空、半充满、全充满的排布规定，如 Cr、Cu等原子
；托管班加盟 托管所加盟 午托班加盟 学生托管所；
2．p电子云/原子轨道的形状是纺锤形 （或称为哑铃形），其伸展方向是互向 垂直的三个方向（Px、Py、Pz）。
P电子原子轨道半径同样随着n增大而增大
科学探究
观察图1-14，这些图称为原子的 电子轨道表示式
1．每个原子轨道最多只能容纳几
个电子？
2．当电子排在同一个能级内时， 有什么规律？
★核外电子排布规则: 1.能量最低原理
答案： (1) x(2) x(3)√(4) x
五、电子云与原子轨道
思考: 宏观物体与微观物体（电 子）的运动有什么区别?
宏观物体的运动特征：
• 可以准确地测出它们在某一时刻 所处的位置及运行的速度；
• 可以描画它们的运动轨迹。
微观物体的运动特征：
电子的质量很小，只有9.11×10-31 千克；
核外电子的运动范围很小（相对于
宏观物体而言）；
测不准
电子的运动速度很大；
1、电子云
图中 表示原子核，一个小黑点代表 电子在这里出现过一次
➢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。
6.2.5 电子云的角度分布图
625电子云的角度分布图天津大学邱海霞波函数的统计学解释波恩18821970德国物理学家核外运动的电子无固定轨道无法同时测得其位置和速度从统计学的角度对波函数进行了解释波函数的统计学解释光的强度光的强度光子密度光子密度电子的波动性是其统计性的体现概率波电子在空间某处出现的概率密度光具有波粒二象性电子云electroncloud氢原子1s电子云以小黑点的疏密程度表示电子在核外空间各点的概率密度所得图像形象化描述为电子云电子在核外空间出现的概率密度大小大的地方电子出现的概率密度大电子云的空间图形电子云的空间图形电子在核外空间概率密度的形象化描述电子云作图角度分布图反映了电子在核外空间各个方向上出现的概率密度的分布规律电子云的角度分布图h原子的1s轨道h原子的p电子云的角度分布图
电子云(electron cloud)
电子在核外空间出现的概率密度大小 大的地方，电子出现的概率密度大
氢原子1s电子云
以小黑点的疏密程度表示电子在核外空间各点 的概率密度，所得图像形象化描述为电子云
电子云的空间图形
电子云 电子在核外空间概率密度的形象化描述 作图 电子云的空间图形
角度分布图 反映了电子在核外空间各个方向 上出现的概率密度的分布规律
s 电子云的角度分布图
H原子的1s轨道
Y (θ, φ) 1 Y 2 ( , φ) 1
4π
4π
z
y
x
球形对称分布
p电子云的角度分布图
H原子的 2 pz (m 0)
Y(θ φ) 3 cos θ 4π
Y 2(θ φ) 3 cos2 θ 4π
z
z
z
y
y
y
x
Y2 2pz
x
Y2 2p x
x
Y2 2py
电子云(electron cloud)
电子在核外空间出现的概率密度大小 大的地方，电子出现的概率密度大
氢原子1s电子云
以小黑点的疏密程度表示电子在核外空间各点 的概率密度，所得图像形象化描述为电子云
电子云的空间图形
电子云 电子在核外空间概率密度的形象化描述 作图 电子云的空间图形
角度分布图 反映了电子在核外空间各个方向 上出现的概率密度的分布规律
s 电子云的角度分布图
H原子的1s轨道
Y (θ, φ) 1 Y 2 ( , φ) 1
4π
4π
z
y
x
球形对称分布
p电子云的角度分布图
H原子的 2 pz (m 0)
Y(θ φ) 3 cos θ 4π
Y 2(θ φ) 3 cos2 θ 4π
z
z
z
y
y
y
x
Y2 2pz
x
Y2 2p x
x
Y2 2py
原子轨道空间分布图的描绘
固定中的一或多个参数中的一或多个参数原子轨道等值线图界面图轮廓图网格线图电子云分布图原子轨道等值线图界面图轮廓图网格线图电子云分布图2pz2pz作为作为r的单位取的单位取式作为式作为的单位上式可简化为
结构化分布图的描绘
氢原子和类氢离子的Schrödinger方程： 方程： 氢原子和类氢离子的 方程
原子轨道等值线图、界面图、轮廓图、网格线图， 原子轨道等值线图、界面图、轮廓图、网格线图，电子云分布图
氢原子ψ 轨道数学表达式： 氢原子ψ2pz 轨道数学表达式：
取 作为 r 的单位，取 的单位， 上式可简化为： 位，上式可简化为：
式作为ψ的单
氢原子 ψ2pz 轨道等值线图--- 坐标单位不同 轨道等值线图---
h Ze 2 − 2 ∇ − ψ = Eψ 4πε0r 8π µ
2 2
原子轨道的波函数形式复杂，将它们用图形表示出 原子轨道的波函数形式复杂， 来，有利于了解原子结构、性质及成键等信息。 有利于了解原子结构、性质及成键等信息。 原子轨道和电子云有多种图形, 原子轨道和电子云有多种图形, 应了解这些图形是 怎么画出来的, 相互之间是什么关系？ 怎么画出来的, 相互之间是什么关系？ 原子轨道和电子云都是三元函数，无法在三维空间 原子轨道和电子云都是三元函数， 中作图，为解决这一难题，须对函数作处理： 中作图，为解决这一难题，须对函数作处理： 1、径向分布图、角度分布图 径向分布图、 2、简化：固定 Ψ (r,θ,φ) 中的一或多个参数 简化：
步骤一： 步骤一： 作Ψ-r 图
0 0° 15° 15° 30° 30° 45° 45° 60° 60° 75° 75° 0 0 0 0 0 0 0.5 0.389 0.376 0.337 0.275 0.195 0.101 1.0 0.607 0.586 0.526 0.429 0.304 0.157 1.5 0.709 0.685 0.614 0.501 0.355 0.184 2 0.736 0.711 0.637 0.520 0.368 0.190 3 0.669 0.646 0.579 0.473 0.335 0.173 4 0.541 0.523 0.469 0.383 0.271 0.140 5 0.410 0.396 0.355 0.290 0.205 0.106 6 0.299 0.289 0.259 0.211 0.150 0.077 7 0.211 0.204 0.183 0.149 0.106 0.055 8 0.147 0.142 0.127 0.104 0.074 0.038 9 0.100 0.097 0.087 0.071 0.050 0.026
结构化分布图的描绘
氢原子和类氢离子的Schrödinger方程： 方程： 氢原子和类氢离子的 方程
原子轨道等值线图、界面图、轮廓图、网格线图， 原子轨道等值线图、界面图、轮廓图、网格线图，电子云分布图
氢原子ψ 轨道数学表达式： 氢原子ψ2pz 轨道数学表达式：
取 作为 r 的单位，取 的单位， 上式可简化为： 位，上式可简化为：
式作为ψ的单
氢原子 ψ2pz 轨道等值线图--- 坐标单位不同 轨道等值线图---
h Ze 2 − 2 ∇ − ψ = Eψ 4πε0r 8π µ
2 2
原子轨道的波函数形式复杂，将它们用图形表示出 原子轨道的波函数形式复杂， 来，有利于了解原子结构、性质及成键等信息。 有利于了解原子结构、性质及成键等信息。 原子轨道和电子云有多种图形, 原子轨道和电子云有多种图形, 应了解这些图形是 怎么画出来的, 相互之间是什么关系？ 怎么画出来的, 相互之间是什么关系？ 原子轨道和电子云都是三元函数，无法在三维空间 原子轨道和电子云都是三元函数， 中作图，为解决这一难题，须对函数作处理： 中作图，为解决这一难题，须对函数作处理： 1、径向分布图、角度分布图 径向分布图、 2、简化：固定 Ψ (r,θ,φ) 中的一或多个参数 简化：
步骤一： 步骤一： 作Ψ-r 图
0 0° 15° 15° 30° 30° 45° 45° 60° 60° 75° 75° 0 0 0 0 0 0 0.5 0.389 0.376 0.337 0.275 0.195 0.101 1.0 0.607 0.586 0.526 0.429 0.304 0.157 1.5 0.709 0.685 0.614 0.501 0.355 0.184 2 0.736 0.711 0.637 0.520 0.368 0.190 3 0.669 0.646 0.579 0.473 0.335 0.173 4 0.541 0.523 0.469 0.383 0.271 0.140 5 0.410 0.396 0.355 0.290 0.205 0.106 6 0.299 0.289 0.259 0.211 0.150 0.077 7 0.211 0.204 0.183 0.149 0.106 0.055 8 0.147 0.142 0.127 0.104 0.074 0.038 9 0.100 0.097 0.087 0.071 0.050 0.026
2-2-2 原子轨道和电子云的图形
4. 等值线、轨道界面
电子云的等值线图形
例1. 讨论氦离子He+2s态波函数的节面位置和 形状.
1
2s
1 4
Z3
2a03
2 2
Zr a0
e
Zr a0
2s
A 2
Zr a0
e
Zr a0
要使2s=0
应有:
2 2rБайду номын сангаас 0 a0
氢原子3pz电子云界面图
原子轨道界面与电子云界面是同一界面, 原子轨道界 面值的绝对值等于电子云界面值的平方根, 原子轨道界面 图的不同部分可能有正负之分, 由波函数决定.
轨道节面分为两种: 角度节面(平面或锥面)有l个;
径向节面(球面)有n-l -1个. 共有n-1个节面.
通常所说的原子轨道图形，应当是轨道界面图.
规律：
① 在r=0处（核处） s型函数在核处有最大值 p型函数在核处为0
② 节面 (n-l-1)个 ns 有n-1个节面 np 有n-2个节面 Rn, l，有n-l-1个节面
③ 最大值分布 ns n，最大值离核越近 np n，最大值离核越近
R(r)与R2(r)的最大值离核越近 意味着电子主要出现在核附近
这说明r=a0处在单位球壳厚度内找到电子的几率 比任何其它地方单位球壳内电子出现的几率要大
② 极大值个数：
0.6
0.3
1s
0
径向分布函数有n-l个极大值，00..2146
有n-l-1个节面
0.08 0
2s
0.24
③ 主峰-最大值出现的位置
0.16 0.08
2p
ns n，主峰离核越远
0 0.16
ns n，主峰离核越远
新教材高中化学原子结构第二课时电子云与原子轨道泡利原理洪特规则能量最低原理课件人教版必修二
(2)原子轨道。 ①原子轨道: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能级与原子轨道数目的关系。
能级符号 ns
np
nd
nf
轨道数目 1
3
5
7
【微思考1】电子云中的一个小黑点表示电子在该处出现过一次 吗? 提示:不是。电子云图中独立的小黑点没有意义,小黑点的密度才 有意义,小黑点的密度大小表示电子出现概率的大小。
能量最低,这就是能量最低原理。
【微思考2】对于多电子的基态原子,核外电子排布总是按照构造
原理,由低能级依次排列才能保证原子的能量最低吗? 提示:不是。如Cr、Cu的核外电子排布。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.在原子中第n能层,电子占有的轨道数最多为n2。 ( ) 2.同一原子中的npx与npy轨道形状相同,半径相同且在空间相互垂 直。( ) 3.电子云图中小黑点密度的大小可表示电子的多少。( ) 4.p轨道呈哑铃形,因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形。( )
③P: ④Cr:1s22s22p63s23p63d44s2 ⑤Fe:1s22s22p63s23p63d64s2 ⑥Mg2+:1s22s22p6
⑦C:
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
深化拓展 1.基态原子核外电子排布的规则 (1)核外电子排布所遵循的规律。 ①能量最低原理:电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道,使整 个原子的能量最低。 ②泡利原理:在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子且自旋相反。 ③洪特规则: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。
第二课时 电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、 能量最低原理
素养 目标
1.通过原子核外电子运动的形象化表达,了解电子云和 原子轨道的概念,形成宏观辨识与微观探析的核心素养。 2.通过对核外电子排布规律的探究,了解泡利原理、洪 特规则、能量最低原理等,形成证据推理与模型认知的 核心素养。
高中化学选择性必修二 第1章第1节 构造原理与电子排布式 电子云与原子轨道课件下学期(共31张)
3
5
7
电子云与原子轨道
原子轨道 不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图
能层 能级
K
1s
2s L
2p
3s
M 3p
3d
原子轨道数
1 1 3 1 3 5
电子云轮廓图的性质与取向
原子轨道名称
形状
取向
1s
球形
2s
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
球形
2px、2py、2pz 3s
哑铃形 球形
相互垂直
3px、3py、3pz ……
哑铃形 ……
相互垂直 ……
源于光谱学事实
构造原理与电子排布式
电子排布式 书写原则
➢ 按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中
➢ 一般情况下，能层低的能级要写在左边，而不是按照构造原理顺序写
26Fe
1s22s22p63s23p63d64s2，
➢ 基态铬、铜的核外电子排布不符合构造原理 Cr基态原子的电子排布式： 1s22s22p63s23p63d54s1 Cu基态原子的电子排布式 1s22s22p63s23p63d104s1
思考与讨论
2、电子排布式可以简化，如Na的电子排布式可简化为[Ne]3s1， (1) 上述方括号的意义是什么？ (2) 仿照Na的简化电子排布式，写出O、Si、Cu的简化电子排布式 方括号：内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应稀有气 体的元素符号外加方括号的形式表示
O [He] 2s22p4 Si [Ne]3s23p2 Cu [Ar] 3d10 4s1
构造原理与电子排布式
电子排布式
书写原则
➢ 按照构造原理将电子依次填充到能量逐渐升高的能级中 各能级的能量高低顺序
电子云图像
♦ 包立不相容原則比較簡單的定義為，每一個原 子軌域最多只能容納兩個自轉方向相反的電子 。
♦ 填入兩個電子的軌域，淨電子自轉磁量為0，此 為自然法則。
28
一個軌域能填入三個電子？
♦ 當然不行，因為違反自然法則，理由如下： 1. 電子自轉只有順時針及反時針方向兩種，沒 有其他可能的自轉方式。 2. 電子自轉方向相反才能配對於同一軌域，配 對電子淨磁量為0。 [此現象可以兩塊長條磁鐵為例說明，兩塊長 條磁鐵需相反極才能互相吸引配對。]
电子出现最大机率半径 n = 1: 1 ao (1s) n = 2: 4 ao (2p) n = 3: 9 ao (3d) n = 4: 16 ao (4f)
氢原子的电子能量能阶化
19
氢原子轨域距离函数图
20
氫原子軌域距離機率圖
21
原子軌域殼層及軌域數目
主殼層n 1 2
3
4
…
副殼層 s s p s p d s p d f …
♦ 原子最低能量的電子組態，稱為基態電子組 態。
♦ 原子之基態電子組態需遵循遞建原則(aufbau principle) 、包立不相容原則(Pauli exclusion principle) 、及洪德定則(Hund’s rule)。
26
遞建原則(aufbau principle)
♦ 在不考慮原子核內中子數目，元素原子的建構 方式為依序在原子核內加入一個質子，同時在 核外加入一個電子形成，稱為遞建原則(aufbau principle) 。
Cr: [Ar]4s13d5 (而不是[Ar]4s23d4) Cu: [Ar]4s13d10 (而不是[Ar]4s23d9)
原因： ♦ 4s與3d軌域能量差很小，4s軌域能量僅略低 於3d軌域。 ♦ 當過渡金屬原子的3d及4s軌域電子均達到半 滿或全滿時，能量較低。
♦ 填入兩個電子的軌域，淨電子自轉磁量為0，此 為自然法則。
28
一個軌域能填入三個電子？
♦ 當然不行，因為違反自然法則，理由如下： 1. 電子自轉只有順時針及反時針方向兩種，沒 有其他可能的自轉方式。 2. 電子自轉方向相反才能配對於同一軌域，配 對電子淨磁量為0。 [此現象可以兩塊長條磁鐵為例說明，兩塊長 條磁鐵需相反極才能互相吸引配對。]
电子出现最大机率半径 n = 1: 1 ao (1s) n = 2: 4 ao (2p) n = 3: 9 ao (3d) n = 4: 16 ao (4f)
氢原子的电子能量能阶化
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氢原子轨域距离函数图
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氫原子軌域距離機率圖
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原子軌域殼層及軌域數目
主殼層n 1 2
3
4
…
副殼層 s s p s p d s p d f …
♦ 原子最低能量的電子組態，稱為基態電子組 態。
♦ 原子之基態電子組態需遵循遞建原則(aufbau principle) 、包立不相容原則(Pauli exclusion principle) 、及洪德定則(Hund’s rule)。
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遞建原則(aufbau principle)
♦ 在不考慮原子核內中子數目，元素原子的建構 方式為依序在原子核內加入一個質子，同時在 核外加入一個電子形成，稱為遞建原則(aufbau principle) 。
Cr: [Ar]4s13d5 (而不是[Ar]4s23d4) Cu: [Ar]4s13d10 (而不是[Ar]4s23d9)
原因： ♦ 4s與3d軌域能量差很小，4s軌域能量僅略低 於3d軌域。 ♦ 當過渡金屬原子的3d及4s軌域電子均達到半 滿或全滿時，能量較低。
电子云与原子轨道-高二化学课件(人教版2019选择性必修2)
C
↑↓ ↑↓ ↑ ↑
1s 2s
2p
N
↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑
1s 2s
2p
O
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑
1s 2s
2p
F
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
1s 2s
2p
Ne ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
1s 2s
2p
Na ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
1s 2s
2p
3s
Mg ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
1s 2s
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 或
注意：核外电子排布图下(上)方的1s、2s、2p…表示的是轨道， 不可在其右上角表示出该轨道填充的电子数
五、泡利原理、洪特规则 、能量最低原理
②“电子排布图”中的相关概念
(1)简并轨道： 能量相同的原子轨道 。 (2)电子对：同一个原子轨道中，自旋方向相反的一对电子 。
不可同时测定
不可确定
量子力学指出： 一定空间运动状态的电子并不在玻 尔假设的线性轨道上运动，而是在 核外空间各处都可以出现，只是出 现的概率不同。可以算出它们的概 率密度分布。
四、电子云与原子轨道 P12-13
核外电子的运动不遵循宏观物体所具有的运动规律。 科学家采用统计方法来描述电子在原子核外某一区域出现的概率
简并轨道
(3)单电子： 一个原子轨道中若只有一个电子，则该电子称为单电子。 (4)自旋平行： 箭头同向的单电子称为自旋平行 。
问题：①在氧原子中，有 3 个电子对，有 2 个单电子。 ②在氧原子中，有 5 种空间运动状态，有 8 种运动状态不同的电子。
➢ 量子力学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。
对点训练
【课件】电子云和原子轨道高二化学人教版(2019)选择性必修2
1s 2s
2p
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
2p ↑↓ ↑ ↑↓
知识精讲
思考与讨论 1、下列轨道表示式中哪个是硼的基态原子？为什么？
1s 2s A、 ↑↓ ↑↓
2p ↑
1s 2s B、 ↑↑ ↓↓
2p ↑
2、下列轨道表示式中哪个是氧的基态原子？为什么？
1s 2s
2p
A、 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑
1s 2s B、 ↑↓ ↑↓
1s 2s
2p
C、 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
1s 2s D、 ↑↓ ↑↓
2p ↑↓ ↓ ↑
2p ↑↓ ↓ ↓
知识精讲
思考与讨论 请同学们尝试书写13〜20号元素的基态原子的轨道表示式（抽写Al,Cl,K)。
1s Al、 ↑↓
2s
2p
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
3s
3p
↑↓ ↑
1s Si、 ↑↓
2s
2p
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
3d
4s
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑↓
29Cu 3d104s1
3d
4s
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
知识精讲
二、认识洪特规则的特例 Cr和Cu的价电子排布均不符合构造原理，但源自事实，其原因是什么呢？
24Cr
3d
4s
↑↑↑↑
↑↓
只有一组全满的简并轨道
3d
4s
↑↑↑↑↑ ↑
有两组半满的简并轨道
29Cu
知识精讲
薛定谔方程
1926年奥地利物理学家薛定谔提出：可以用一个数学方程 描述核外电子的运动状态，为近代量子力学奠定了理论基础。
量子力学指出：一定空间运动状态的电子并不在玻尔假设的 线性轨道上运动，而是在核外空间各处都可能出现。
电子云与原子轨道 课件 2022-2023学年高二化学人教版(2019)选择性必修2
即，电子优先占据能量低的电子轨道，然后依次进入能量高的轨道。 (2)大多数原子的电子排布式只要根据构造原理写出就满足能量最低原理 (3)24Cr、29Cu、47Ag、74Au等原子不符合构造原理，但符合洪特规则(特例)，
也符合能量最低原理
五、泡利原理、洪特规则 、能量最低原理 P14 1. 基态原子核外电子的排布规则 规则2：泡利原理 (泡利不相容原理) P14 在一个原子轨道最多只能容纳2个电子，且它们的自旋状态相反。 ➢自旋方向相反就是自转方向相反 常用↑、↓表示自旋相反的电子
24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 半充满 29Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 d轨道全充满 47Ag 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1 d轨道全充满
79Au 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s1 d轨道全充满
如氢原子电子云轮廓图：
【思考2】分析通过H原子的电子云轮廓图， 说明其核外电子运动呈现怎样的特点？
①电子云呈球形对称。 ②在离核近的空间电子出现的概率大，
在离核远的空间电子出现的概率小。
四、电子云与原子轨道 P12-13
3.原子轨道 :量子力学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。
就像地球除了绕太阳运转，地球自身还会自转一样 电子除了绕原子核高速运动，电子自身也自转
➢自旋是微观粒子普遍存在的一种属性
➢根据构造原理、能量最低原理、泡利原理可知，基态原子核外有几个电子就 有几种运行状态(要么不同轨道，要么自旋方向不同)
即在任何一个原子中找不到两个完全相同的电子。
五、泡利原理、洪特规则 、能量最低原理 P14 1. 基态原子核外电子的排布规则 规则3：洪特规则 P15
也符合能量最低原理
五、泡利原理、洪特规则 、能量最低原理 P14 1. 基态原子核外电子的排布规则 规则2：泡利原理 (泡利不相容原理) P14 在一个原子轨道最多只能容纳2个电子，且它们的自旋状态相反。 ➢自旋方向相反就是自转方向相反 常用↑、↓表示自旋相反的电子
24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 半充满 29Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 d轨道全充满 47Ag 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1 d轨道全充满
79Au 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s1 d轨道全充满
如氢原子电子云轮廓图：
【思考2】分析通过H原子的电子云轮廓图， 说明其核外电子运动呈现怎样的特点？
①电子云呈球形对称。 ②在离核近的空间电子出现的概率大，
在离核远的空间电子出现的概率小。
四、电子云与原子轨道 P12-13
3.原子轨道 :量子力学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。
就像地球除了绕太阳运转，地球自身还会自转一样 电子除了绕原子核高速运动，电子自身也自转
➢自旋是微观粒子普遍存在的一种属性
➢根据构造原理、能量最低原理、泡利原理可知，基态原子核外有几个电子就 有几种运行状态(要么不同轨道，要么自旋方向不同)
即在任何一个原子中找不到两个完全相同的电子。
五、泡利原理、洪特规则 、能量最低原理 P14 1. 基态原子核外电子的排布规则 规则3：洪特规则 P15
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