高三化学 泡利原理和洪特规则的区分

泡利原理

在原子中不能容纳运动状态完全相同的电子。又称泡利原理、不相容原理引。

一个原子中不可能有电子层、电子亚层、电子云伸展方向和自旋方向完全相同的两个电子。如氦原子的两个电子，都在第一层（K 层），电子云形状是球形对称、只有一种完全相同伸展的方向，自旋方向必然相反。每一轨道中只能容纳自旋相反的两个电子，每个电子层中可能容纳轨道数是n2个、每层最多容纳电子数是2n2个。洪特规则：

在相同能量的原子轨道上，电子的排布将尽可能占据不同的轨道，而且自旋方向相同，即为洪特规则，又称为最多轨道原理。

一般：电子总是尽先自旋平行地分占不同轨道。如：

碳原子的轨道表示是：，而不是

特别提醒：等价轨道全空(p0、d0、f0)和全满时(p6、d10、f14)的结构，也具有较低能量和较大的稳定性。像铁离子Fe3+(3d5)和亚铁离子Fe2+(3d6)对比看，从3d6→3d5才稳定，这和亚铁离子不稳定易被氧化的事实相符合。根据洪特规则铬的电子排布式应为

1s22s22p63s23p63d54s1。

一、电子云和原子轨道

1、电子运动的特点：

①质量极小，带负电荷；

②运动空间极小（直径约为10-10m）；

③高速运动，接近光速（3×1010m/s）。

2、电子云：表示电子在一定时间内在核外空间各处出现机会的模型。

（1）氢原子1s电子云：

①形状：呈球形对称。

②分布：离核近处，密度大；离核远处，密度小。

③实质：电子在离核越近处，单位体积空间内电子出现机会多；

电子在离核越远处，单位体积空间内电子出现机会少。（2）电子云轮廓图：表示电子云轮廓形状的图形。

（3）电子云的形状

①s电子云：以原子核为中心的球形。

大小：1s＜2s＜3s＜4s

②p电子云：哑铃形。

有3 个相互垂直的伸展方向（取向）：P x、P y、P z。

③d电子云：花瓣形，有5个伸展方向。

f电子云：复杂，有7个伸展方向。

3、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。或在一定的能层上，具有一定的形状和伸展方向的电子云所占据的空间称为一个原子轨道。

（1）决定一个原子轨道的因素：能层，能级（电子云的形状）和伸展方向。

能级：s p d f

轨道数：1 3 5 7

（2）原子轨道的表示方法：如2P x、2P y、2P z。

2P x的含义：2—第2能层P—P能级x—x轴伸展方向

（3）各能层最多的原子轨道数：

4、电子的自旋：顺时针和逆时针两种状态。常用上下箭头（↑、↓）表示自旋状态相反的电子。

总结:（1）核外电子的运动状态由能层、能级、电子云的伸展方向和电子自旋状态四个方面来决定。

（2）能层、能级、电子云的伸展方向确定电子的原子轨道。

（3）决定电子的运动状态：原子轨道（空间位置）和电子自旋。

（4）能层、能级、原子轨道实质上是电子云的大小、形状、空间伸展方向。

二、泡利原理和洪特规则

1、泡利原理：在一个原子轨道里最多只能容纳2个电子，而且自旋方向相反，这个原理称为泡利原理。

2、电子排布图（轨道表示式）

如：Li1s22s1B

1s22s22p1

3、洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同，这个规则是洪特规则。

如：C1s22s22p2

练习：写出N、O、F、Na、Mg、Al、Si、P的电子排布式和电子排布图。

N 1s22s22p3O 1s22s22p4

F 1s22s22p5Na 1s22s22p63s1

Mg 1s22s22p63s2

Al 1s22s22p63s23p1

Si 1s22s22p63s23p2

练习：写出24号Cr、29号Cu的电子排布式。

Cr：1s22s22p63s23p63d44s2

Cu ： 1s22s22p63s23p63d94s2

实际上Cr特征电子构型为d54s1，Cu特征电子构型为d104s1。

4、洪特规则的特例：对于同一个能级，当电子排布为全充满、半充满或全空时，是比较稳定的。

全充满p6d10f14

半充满p3d5f7

全空p0d0f0

思考：（1）在短周期元素中，原子中单电子有2个的元素有哪些？原子中单电子有3个的元素有哪些？

2个：C、O、Si、S

3个：N、P

（2）在第4周期元素中，原子最外层只有1个电子的元素有哪些？原子最外层有2个电子的元素有哪些？

1个：K、Cr、Cu

2个：Ca、Sc、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Zn

随堂练习：

1、下列有关电子云及示意图的说法正确的是（）

A．电子云是笼罩在原子核外的云雾

B．小黑点多的区域表示电子多

C．小黑点疏的区域表示电子出现的机会少

D．电子云是用高速照相机拍摄的照片

答案：C

2、已知锰的核电荷数为25，以下是一些同学绘制的基态锰原子核外电子的轨道表示式（即电子排布图），其中最能准确表示基态锰原子核外电子运动状态的是（）

答案：D

3、有主族元素X、Y、Z，其原子序数依次减小，且均不超过20。X 原子的最高能层的电子排布为ns1；Y原子的M能层有2个未成对电子；Z原子的最高能层的p轨道上只有一对成对电子。由这三种元素组成的化合物的化学式不可能是（）

A．K2SO3B．K3PO4

C．K2SiO3 D．Na2SO4

答案：BD