第一章

原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié)

原子結(jié)構(gòu)

課時2構(gòu)造原理與電子排布式電子云與原子軌道課堂導(dǎo)入經(jīng)過上節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道了核外電子按照能量不同可以分成不同的能層，同一能層的電子，還被分成不同能級。能層與能級那么，核外電子在能層中依據(jù)什么規(guī)律進(jìn)行排布？核外電子在能級中的排布又可以如何表示？課堂學(xué)習(xí)你還記得前18號元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖應(yīng)該如何書寫嗎？構(gòu)造原理能層中的排布規(guī)律：(1)核外電子總是盡量先排布在能量較低的電子層，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的電子層；(2)原子核外各電子層最多容納2n2個電子；(3)原子最外層電子數(shù)目不能超過8個(K層為最外層時不能超過2個電子)。課堂學(xué)習(xí)能級中的排布規(guī)律如何，你有什么發(fā)現(xiàn)嗎？構(gòu)造原理能級中的排布規(guī)律：(1)結(jié)合H和He的原子結(jié)構(gòu)示意圖可知，電子首先填入能量最低的1s能級，直至將該能級填滿；(2)對于Li和Be，當(dāng)1s能級填滿之后，電子優(yōu)先填入能量較低的2s能級，直至填滿；(3)對于B至Ne元素，在1s、2s能級填滿后，電子填入2p能級，直至2p能級填滿；(4)對于Na至Ar元素，電子先填入3s能級，填滿后繼續(xù)填入3p能級，直至3p能級填滿。能層KLMN最多電子數(shù)281832能級1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f填充電子數(shù)22626課堂學(xué)習(xí)根據(jù)前18號元素的電子排布情況，我們能得到能級中的排布順序如下：構(gòu)造原理根據(jù)核外電子在能層中的排布規(guī)律，請分析K和Ca中電子填入的能量最高的能級，并說明判斷的依據(jù)。能層KLMN最多電子數(shù)281832能級1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f填充電子數(shù)22626顯然，K和Ca的核外電子能量最高的能層為N能層，故能級能量最高的為4s能級。1s2s3s2p3p4s課堂學(xué)習(xí)當(dāng)4s能級排滿之后，下一個電子應(yīng)該如何排布，是3d能級還是4p能級？構(gòu)造原理下一個電子應(yīng)當(dāng)排布在3d能級上。能層KLMN最多電子數(shù)281832能級1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f填充電子數(shù)2262621s2s3s2p3p4s3d能級交錯能級交錯：隨核電荷數(shù)增大，電子并不總是填滿一個能層后再填入下一個能層。排布規(guī)律：ns→(n-2)f→(n-1)d→np。課堂學(xué)習(xí)構(gòu)造原理：以光譜學(xué)事實為基礎(chǔ)，從氫開始，隨核電荷數(shù)遞增，新增電子填入能級的順序。構(gòu)造原理排布規(guī)律：每一行對應(yīng)一個能層，每個小圈表示一個能級；各圓圈間連接線的方向表示隨核電荷數(shù)遞增而增加的電子填入能級的順序。注意事項：作為一個理論模型，構(gòu)造原理具有一定的局限性，對于個別特殊的過渡元素核外電子的排布并不適用。課堂鞏固你能寫出25Mn的能級排布嗎？能級排布順序1s2s2p3s3p4s3d4p填充電子數(shù)2262625能級排布順序1s2s2p3s3p4s3d4pCr的填充電子數(shù)2262615Cu的填充電子數(shù)22626110能級排布順序1s2s2p3s3p4s3d4p填充電子數(shù)那24Cr和29Cu的能級排布應(yīng)當(dāng)如何書寫呢？這是因為軌道在全空、全充滿或半充滿的時候能量更低。課堂學(xué)習(xí)上述用表格表示能級排布的方法過于復(fù)雜，你會選擇用什么方法進(jìn)行簡化的表示呢？電子排布式電子排布式：按能量由低到高的順序?qū)懗龈髂芗壏枺脭?shù)字在能級符號右上角標(biāo)明該能級上排布的電子數(shù)的式子。能層能級能級上的電子數(shù)電子排布式的書寫步驟按照構(gòu)造原理依次將電子填入能級：1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s…根據(jù)各能級容納的電子數(shù)填充電子。去掉空能級，并按照能層順序排列。課堂學(xué)習(xí)電子排布式請你寫出下列基態(tài)原子的核外電子排布式。①8O：②14Si：③19K：④21Sc：

⑤26Fe：1s22s22p41s22s22p63s23p21s22s22p63s23p64s11s22s22p63s23p63d14s21s22s22p63s23p63d64s2為了書寫起來更加方便，可以將電子排布式中的內(nèi)層電子排布用相應(yīng)的稀有氣體元素符號加方括號來表示，這樣得到的式子稱為簡化電子排布式。例如Na的電子排布式可簡化為[Ne]3s1，而[Ne]表示的是Ne的核外電子排布，也稱為原子實。原子實表示的電子稱為內(nèi)層電子，通常不參與成鍵，原子實外的電子稱為價層電子，決定元素的化學(xué)性質(zhì)。[He]2s22p4[Ne]3s23p2[Ar]4s1[Ar]3d14s2[Ar]3d64s2課堂學(xué)習(xí)為了突出化合價與電子排布的關(guān)系，將在化學(xué)反應(yīng)中可能發(fā)生電子變動的能級稱為價電子層(簡稱價層)。而原子實外的電子稱為價層電子，決定元素的化學(xué)性質(zhì)，故可以書寫某一原子的價層電子排布，例如Ni的簡化電子排布式為[Ar]3d84s2，價層電子排布為3d84s2。電子排布式除此之外，某些離子的核外電子排布也可以用電子排布式表示，例如Na的電子排布式為1s22s22p63s1，Na+的電子排布式1s22s22p6，Cl的電子排布式為1s22s22p63s23p5，Cl-的電子排布式為1s22s22p63s23p6。對比元素周期表中各元素的價層電子排布，我們能夠發(fā)現(xiàn)：對于主族元素和零族元素來說，價電子就是最外層電子；對于副族和第VIII族元素來說，價電子除最外層電子外，還包括次外層電子。以下電子排布式是基態(tài)原子的電子排布式的是()①1s12s1 ②1s22s12p1 ③1s22s22p63s2 ④1s22s22p63s23p1A.①② B.①③ C.②③ D.③④課堂鞏固D在下列所示的粒子中，氧化性最強(qiáng)的是()

A.1s22s22p2 B.1s22s22p5

C.1s22s22p63s1 D.1s22s22p6B課堂學(xué)習(xí)在了解了核外電子的排布之后，你一定會好奇電子排布之后是如何運(yùn)動的。在1913年，玻爾提出氫原子模型，電子在線性軌道上繞核運(yùn)行，然而，1926年時玻爾建立的線性軌道模型被量子力學(xué)推翻。電子云1926年奧地利物理學(xué)家薛定諤提出：可以用一個數(shù)學(xué)方程描述核外電子的運(yùn)動狀態(tài)，為近代量子力學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)。量子力學(xué)指出：一定空間運(yùn)動狀態(tài)的電子并不在玻爾假設(shè)的線性軌道上運(yùn)動，而是在核外空間各處都可以出現(xiàn)，只是出現(xiàn)的概率不同。根據(jù)量子力學(xué)，我們知道核外電子運(yùn)動空間的不確定性與概率，那么應(yīng)該如何描述這種概率呢？課堂學(xué)習(xí)電子云：處于一定空間運(yùn)動狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述。

P表示電子在某處出現(xiàn)的概率，V表示該處的體積。氫原子1s電子的概率密度分布圖小點是1s電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度的形象描述。意義：用單位體積內(nèi)小點的疏密程度表示電子在原子核外出現(xiàn)的概率大小，小點越密，表示概率密度越大。將電子云圖中出現(xiàn)概率為90%的區(qū)域圈出來得到電子云輪廓圖電子云課堂學(xué)習(xí)通過對氫原子1s電子的電子云輪廓圖繪制，能夠發(fā)現(xiàn)s電子的電子云形狀為球形，且不同能級s電子的電子云形狀一致，能層越高球形的半徑越大。對比s電子的電子云形狀為球形，只有一種空間伸展方向，p電子的電子云形狀則為啞鈴形，有三種空間伸展方向，分為相對于x、y、z軸對稱。電子云課堂學(xué)習(xí)原子軌道原子軌道：量子力學(xué)把電子在原子核外的一種空間運(yùn)動狀態(tài)稱為一個原子軌道，各能級的一個伸展方向的電子云輪廓圖即表示一個原子軌道。表示方法：常用電子云輪廓圖的形狀和取向來表示原子軌道的形狀和取向，因此s電子的原子軌道呈球形，能層序數(shù)越大，原子軌道的半徑越大，p電子的原子軌道呈啞鈴形，能層序數(shù)越大，原子軌道的半徑越大。課堂學(xué)習(xí)原子軌道s能級的原子軌道是1個，p能級的原子軌道是3個，那么d、f能級中的原子軌道數(shù)量是多少呢？能級spdf最多可容納電子數(shù)261014原子軌道數(shù)1357單軌道容納電子數(shù)2222能級spdf最多可容納電子數(shù)261014原子軌道數(shù)13單軌道容納電子數(shù)22原子軌道與能層序數(shù)的關(guān)系：不同能層的同種能級的原子軌道形狀相同，半徑不同，能層序數(shù)n越大，原子軌道的半徑越大；s能級只有1個原子軌道。p能級有3個原子軌道，它們互相垂直，分別以px、py、pz表示。同一能層中px、py、pz的能量相同；原子軌道數(shù)與能層序數(shù)(n)