核外电子运动状态

核核外外电电子子运运动动状状态态 标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N] ZKZK高一化学高一化学 K1K1 第四讲第四讲核外电子的运动状态（拓展）核外电子的运动状态（拓展） 阅读材料阅读材料 一、【知识梳理】 核外电子运动特点： 电子在原子核外很小的空间内作高速运动，其 ①电子质量很小， 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 点的 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 样一个印象：电子运动毫无规律， 一会儿在这里出现，一会儿在那里出 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 “电子云雾”呈球形对称，在离核越近处密度越大，离核越远处密度越小。 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。s 电子云为球形，p 电子云为纺锤形，d 电子云为花瓣形，f 电子云为更复杂的花瓣 形，它们均以原子核为对称中心。形状越复杂，电子的能量越高。每个电子层所辖亚层数 不等，K 电子层只有一个 s 亚层，L 电子层有 s、p 两个亚层，M 电子层有 s、p、d 三个亚 层，N 电子层有 s、p、d、f 四个亚层。在同一个电子层，亚层电子的能量是按 s、p、d、 f 的次序递增的。 3．电子云的伸展方向（轨道） 电子云不仅有确定的形状，而且有一定 的伸展方向。S 电子云是球形对称的，在空 间各个方向上伸展的程度相同；p 电子云有 三种伸展方向；d 电子云有五种伸展方向； f 电子云有七种伸展方向。如右图。在一 定的电子层上，具有一定形状和伸展方向的 电子云所占据的空间称为一个轨道。 电子亚层可再细分为“轨道”。每个电子亚层所辖轨道数不等，s 亚层只有 1 个轨 道，p 亚层有 3 个轨道，d 亚层有 5 个轨道，f 亚层有 7 个轨道。 4．电子的自旋 电子不仅在核外空间不停地运动，而且还作自旋运动。电子自旋有两种状态，相当于 顺时针和逆时针两种方向。每个轨道最多容纳 2 个自旋方向相反的电子。同一轨道中的 2 个电子称成对电子，若一个轨道中只有 1 个电子，该电子被称为单电子。表 2-3 是各电子 层上的电子亚层数、轨道数和最多容纳电子数。 表 2-3 电子 K L M N O P Q 电子亚层 1s 2s、2p 3s、3p、3d 4s、4p、4d、4f 5s、5p、5d、 6s、6p、6d、 7s、7p、7d、 轨道数 1 1+3 1+3+5 1+3+5+7 1+3+5+7…… 1+3+5+7…… 1+3+5+7…… 最多容纳电子数（2n2） 2 8 18（不可能出现在最外层） 32（不可能出现在最外层和次 电子层 电子亚层 电子云的伸展方向 电子的自旋 原子核外电子排布规律原子核外电子排布规律 核外电子排布必须遵循泡利不相容原理、能量最低原理和洪特规则。 泡利不相容原理泡利不相容原理：在同一个原子中，不可能有运动状态完全相同的两个电子存在（即运动 状态完全相同的电子在同一原子里是不能并存的、是互不相容的）。由此推论：同一原子 中每一个轨道上只能容纳两个自旋方向相反的两个电子。 能量最低原理能量最低原理：在不违背泡利不相容原理的前提下，核外电子总是尽先占有能量最低的轨 道，只有当能量较低的轨道占满后，电子才依次进入能量较高的轨道。 在同一电子层上，各亚层的能量顺序为 ns＜np＜nd＜nf；当电子层不同，电子亚层 相同时，其能量顺序为 1s＜2s＜3s＜4s，2p＜3p＜4p，3d＜4d＜5d，4f＜5f＜6f。对于 不同电子层的不同电子亚层，其能量高低较为复杂。见下图多电子原子电子所处的能级示 意图。 从图中可以看出，从第三电子层起就出现能级交错现象。如，3d 的能量似乎应该低 于 4s，而实际上 E 3d＞E4s。因此，按能量最低原理，电子是先排 4s，再排 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 进行次外层电子的填充，所以原子最外层和次外层电子数一般达不到最大容量。 能级交错：能级交错：电子层数较大的某些轨道的能量反低于电子层数较小的某些轨道能量的现象。 洪特规则：洪特规则：电子在进入同一亚层时，将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同。量子力 学证明，电子这样排布可使能量最低。同时洪特为此又归纳出一种特例：对于同一电子亚 层，当电子的排布为全充满、半充满或全空时，是比较稳定的。即：全充满 p6或 d10或 f14，半充满 p3或 d5或 f7，全空 p0或 d0或 f0。 例如：铬（ 24Cr）1s 22s22p63s23p63d54s1；铜（ 29Cu）1s 22s22p63s23p63d104s1， 这种表示原子核外电子排布的式子称之为电子排布式。 电子排布式： Na：1s22s22p63s1 Na+：1s22s22p6 Cl：1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 Cl-：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 C：1s2 2s2 2p2 原子轨道的能量原子轨道的能量 ①相同电子层上原子轨道能量的高低：Ens＜Enp＜End＜Enf。 ②形状相同的原子轨道能量的高低：E1s＜E2s＜E3s＜E4s…… ； E2p＜E3p＜E4p＜E5p…… ③电子层和形状相同的原子轨道的能量相等，如 E2px = E2py =E2pz 二、【例题解析】 例例 1 1关于 1s、2s、3s、4s 原子轨道的说法正确的是（） A．电子只能在电子云轮廓图中运动 B．能级不同，电子云轮廓图