论原子核外电子的运动轨道
2010-02-19 11:30
论原子核外电子的运动轨道
广东博罗高级中学（516100）林海兵摘要：原子核外电子的运动轨道是一个个圆，任何一层电子的轨道都是如此，它并不像化学所说那样具有球的s形轨道，还有纺锤形的p形轨道，更有说不清形状的d、f形轨道。电子并没有什么自旋。
关键词：原子核，核外电子，运动轨道
自从卢瑟福用粒子散射实验证明了原子的核式模型之后，人们对于原子核与核外电子的情况又提出了许多理论，如玻尔关于原子核外电子运动的原子模型，泡利关于电子运动轨道的泡利不相容原理，门捷列夫的元素周期率……这一系列理论的提出，为现代的化学理论奠定了坚实的基础。
1 原子结构与核外电子的运动轨道
泡利认为，每一个电子都有一定的自旋。在同一条电子轨道上最多只允许容纳两个不同自旋的电子。这就是泡利不相容原理。
经典化学认为，原子核外电子的运动轨道是分层的，比如一个氪原子的核外电子就分为四层，第一层（即最内层）有2个电子，第二层有8个，第三层有18个，第四层有8个。而在每一层中，还分成各个亚层，氪原子的第一层只有一个S亚层，第二层则有两个亚层，即S亚层与P亚层，而第三层有三个亚层，即S、P、d亚层，最外层有两个亚层，即S、P亚层。
经典化学认为，在每一个亚层都具有一定的电子轨道数量，如S
亚层只有1条圆的轨道，而P亚层有3条纺锤形的轨道，d亚层则有5条，f亚层有7条。
经典化学还认为，其实这些所谓的轨道并不真正的确定的轨道，而是电子在运动过程中出现机会最大的地方，电子在运动过程中，总是出现在轨道附近的一定的空间范围内，这个空间范围就是人们所说的电子云。
经典化学还认为，由于各亚层的电子云形成并不相同，大小也不相同，这可能造成各亚层甚至是不同电子层的电子云相互交叠的情况。
……
2 疑惑
笔者并不怎么理解“电子自旋”的含义——是不是好象地球的自转运动一样，它是一种电子的自转运动，电子象自地球一样在绕中心公转时可以发生逆时针的自转也可以发生顺时针的自转；又是否表示电子的自身结构，因为笔者在某些书籍上见到过关于电子的结构的论述，这些论述就把电子描述成具有类似于螺杆的螺旋一样的结构，所以，电子也有左旋电子也有右旋电子。在两种理解之中，第一种描述的是电子的运动，第二种描述的是电子的结构。
笔者还是不理解各种形状的电子亚层，如果有这样的一些电子亚层，就势必使各个亚层的电子云交叠，电子在运动过程中就一定会发生碰撞（必须注意的是，经典物理学与化学认为碰撞在粒子之间是一定存在的），就有可能形成许多不可预料的情况发生，就可能改变电
子云原来的形状。
3 暗物质物理理论体系的观点
需要说明的是，绝对平衡的环境是不存在的，但是，为了方便研究，笔者假设物体原子存在的环境就是一个绝对平衡的环境。也就是说，电子在原子核外的运动环境只有原子核形成的阳性子密度梯度场，如果电子的运动速度一定，则它将运动于确定的相应半径的轨道上，并不会形成所谓的电子云。
3.1 电荷的形成
我们可以从原子的形成过程来讨论这个问题。事实上，原子核与电子的荷核都有相同的成份构成，它们都形成于整体天体中心。笔者认为，在整体天体（如太阳、地球）的中心内部，暗物质中性子都处束缚状态的，这里的自由态中性子密度几乎为零，于是在空间形成了以整体天体内核为中心的自由态中性子的密度梯度场，这就是我们所说的重力场或者万有引力场，密度的不平衡导致了在此空间的中性子以及所有的宏观物体都具有向着整体天体中心的属性加速度。暗物质中性子不断地向着整体天体中心发生运动，这使整体天体的质量随着时间的推移而增长。到达天体中心的自由态中性子却发生了本质性的变化，从此变成为束缚态，笔者把整体天体内部的束缚态的中性子物质称为物体原态质，这些物体原态质并没有温度效应，随着时间的推移，自由态中性子在这里不断地变成了物体原态质，物体原态质的密度增大，产生了密度不平衡，于是某些物体原态质向着天体外部发生属性运动，笔者把这种运动称为喷射运动。在喷射运动过程中，物体
原态质分裂成大小不一的颗粒，大颗粒在喷射更容易改变环境，使环境物质产生与其运动方向相反的密度梯度不平衡，也使它自己受到了较大的“阻力”，在它还没有喷至天体表面时就已经静止下来，而颗粒子非常小的物体原态质则不同，它们则可以喷离天体表面，直到射到天体之外的高空。
另一方面，整体天体的内核也同时把其中一部分中性子分解成电性子，其中的阳性子则紧附在天体的整个物体原态球周围，并在这周围空间形成由里向外密度梯度，也就是说，整体天体的内核实际上相当于一个非常庞大的原子核；分解得到的阴性子则不断被排出天体之外。
那些向着天体外作喷射运动的物体原态质球在运动过程中，颗粒大的减速快，在天体内核附近已有大量的阳性子把它包围起来，并在它的周围形成了密度梯度。于是它们变成了我们所说的原子核。而那些颗粒小的减速慢，它们直射到高空才会静止下来，在整体天体之外的高空，阳性子密度很小，相对而言则有较大密度的阴性子，于是，这些粒子周围被阴性子包围起来，也形成了密度梯度，这些小颗粒便形成了电子。
3.2 电子绕核运动
原子核与电子都形成于整体天体的喷射运动，而且由此过程可知，原子核与电子的形成位置并不相同，原子核形成于整体天体表面以内的空间，电子则形成于整体天体的高空，于是，在整体天体表面以外的空间区域，就有一个与球形电容器内部一般的电性子密度梯度场，
当高空的电子积累到一定的数量，或者当空间的原子密度达到一定数值（比如水分子在空间达到饱和状态），电子便向着天体表面发生属性运动，电子穿越空间时，激发电性子、中性子以及空气分子从而产生了电磁波、光波与声波。这就是打雷。
随着打雷，高空的电子落入天体表面，并进入一些表面上没有电子绕行的原子核的阳性子密度梯度场空间。电子在原子核的阳性子密度场中作加速运动，当其速度达到某一数值，它在阳性子密度梯度场中的属性力恰好满足，电子便绕着原子核作匀速圆周运动。
如果原子核外空间只有一个电子，同时，除了阳性子密度梯度场之外再没有其他的不平衡因素，也不考虑电子的运动对环境影响，那么，电子应该在一个某固定的轨道上运动。可是，即使满足不存在其他的不平衡因素，电子的运动对环境影响却是不可能不考虑的，电子的运动势必使本来平衡的环境不再平衡，环境最终发生变化，而变化之后的环境也影响电子的运动，使电子的运动速度减小。这实际上就是电子在运动过程中激发电性子、中性子产生电磁波与光波。随着电子速度的减小，其运动轨道半径也不断减小，最终落入原子核。
这是自然环境中只有原子核外的阳性子密度梯度场一种不平衡因素的情况，可
自然界不可能如此，实际上除了这种不平衡因素之外，还同时存在着其他更多种类的不平衡因素，比如电磁波、光波
等，这些因素的存在，使电子在运动时除了激发电磁波与光波之外，还总是在电磁波与光波的策动下运动，使之因策动得到的“能量”与激发失去的“能量”恰好相等，电子就处于一种动态平衡之中，它的运动轨道半径不再减小。
当原子核外电子从一个变为两个时，情况将发生本质的变化。同样地，假设电子也只有原子核外的阳性子密度梯度一种不平衡，同时假设两个电子一先一后进入原子核的阳性子密度梯度场空间，先来到这个空间区域的电子，在其运动过程中会激发电性子、中性子的反抗振源运动，在其空间形成了速度旋度场，另一个电子进入时，便不再只有阳性子密度梯度不平衡，即第二个电子的运动环境已经是多
种不平衡的合成环境。
如图1所示，一个电子正在绕原子核以速度v顺时针运动，图中的点与叉表示它激发电性子与中性子产生的速度旋度矢量的方向。另一个电子从原子核外界空间开始进入原子核的阳性子密度梯度空间，它的初速度为u，由于它进入过程中，还受到速度旋度场不平衡的影响，故它在阳性子密度梯度场中加速时，还有一个速度旋度属性力f，这个属性力造成了电子的运动路径发生变化，向着与第一个电子运动方向相反的方向偏转，而且越来越接近第一个电子的运动轨道半径。如图2所示。
由于两电子周围的都是阴性子密度梯度场，当它们靠得太近时，
就产生了互斥作用，使两电子拉开一定的距离，如图3所示。最终两个电子在半径相同的轨道上作方向相反的圆周运动，但是，这时的圆心已经不再是原子核中心，两个圆心分布在以原子核为中心的两个对称点上。
如果没有其他的外界不平衡因素的影响，这两个电子的运动环境是相同的，除了原子的阳性子密度梯度场环境之外，它们还运动
于对方产生的速度旋度环境之中，我们分析它的运动情况。如图4所示，我们右边的电子为研究对象，图中的曲线是左边电子运动产生的速度旋度环境，电子在运动时的属性力有原子核阳性子密度梯度环境的属性力F，与速度旋度环境的属性力f，它们合成的宏观属性力指向圆心。由分析可知，F与f夹角是一个锐角，故它们合成的属性力一定大于F。
如果第一个电子在这个过程中的速度没有发生变化，那么，因为
它的向心属性力增大，根据可知，所以电子的运动半径减小，向着电性子密度趋于平衡的方向运动。原子温度下降，表现为吸热。
同时，我们可以看到，两个电子绕原子核的运动方向相反，它们产生的电性子与中性子的速度旋度方向相反，当两个电子的运动速度相等，轨道半径相同的时候，它们激发的速度旋度大小
与相等，于是，两个旋度将完全抵消。在原子外部并不表现出速度旋度或者磁场。所以，两个电子绕原子核的运动过程相当于磁材料的去磁过程。
由上面的分析可知，原子核外只有一个电子与有两个电子的运动情形是完全不同的——①从电子的运动轨道半径来看，有两个电子时的轨道半径较小，电子可以朝着阳性子密度梯度的方向继续深入一段距离，更加趋于阴阳电性子的平衡状态；②从电子运动产生的不平衡来看，只有一个电子时，它的运动一定可以产生媒质粒子（如中性子、电性子）的速度旋度不平衡，甚至可以产生光波与电磁波，而有两个电子时，它们运动分别产生的速度旋度矢量方向相反，叠加后可以使外界环境的速度旋度减小甚至可以减小到零，它们运动激发产生光波与电磁波也恰好频率相同，相位相反，在外界空间叠加后，等于不曾激发光波与电磁波。
于是，我们清楚可见，两个自由电子在原子核外的运动是符合笔者在《论顺磁材料的磁化与去磁》一文中总结出来的物理学总定律——不平衡是宇宙物质分布的特点。物体（粒子）总是向着环境趋于平衡的方向发生属性运动，在运动过程中不平衡的程度与种类将发生转化，在不同的局部区域空间，结果将可能出现：①相同程度的不平衡状态，②平衡状态，③比原来程度较小不平衡的状态，④比原来程度更大的不平衡状态。当环境存在不同种类的不平衡时，物体将首先
选择显能场方向的属性运动。
3.3 电子运动的轨道
这样的一对电子运动轨道就是经典化学所说一条轨道，实际上更准确地应该称之为一对轨道，电子轨道成对的出现增加了其运动的稳定性，减小了它们运动对外界空间的影响。另外，这一对电子并没有什么自旋，更没有自旋的不同，只是它们相对应的轨道上运动时绕行的方向正好相反，也正是它们绕行方向相反，这才有可能增加它们运动的稳定性，才可能减小它们运动对外界环境的影响。
于是，根据以上分析，笔者认为，电子的运动与宏观物体的运动是完全相同的，在一条确定的轨道上只能容纳一个电子的运动，然而，这个电子运动轨道的同一球面上，则可以形成两个或者两个以上的运动轨道，而且这些轨道总是成对出现，在任何一对相对的轨道上运动的两个电子，它们的绕行方向一定相反。
在同一原子核外空间的不同半径的球面上，由于球面空间的不同，使其能够容纳的电子轨道数量也不同，距原子核距离越小，球面空间越小，轨道数量也就越小，反之将越大。为了符合经典化学理论，笔
者认为，半径最小的最内层即第1层电子轨道数量为，而第2层
的电子轨道数量则为，第3层的电子轨道数量为，第4层电
子轨道数量为，次外层的电子轨道数量为，最外的电子轨道数量为。由于每一条电子轨道只能容纳一个电子运动，所以，每一个球面空间（每一层）的电子轨道数量的多少其实就是该球面空间最多容纳电子的数量。
另外，由于电子在运动时，总是满足物理学总定律——把环境空间低层次的不平衡的程度减小到最低，于是笔者认为，如果我们能够转动原子，把每一个电子的运动平面正对着我们，那么，在同一轨道球面上的电子的绕行方向都是相同的。如图3所示，只要我们把原子旋转，无论把左端还是右端的电子轨道向着我们，电子的绕行方向都是逆时针的。
笔者认为，同一电子层上的电子，都运动于同一半径的球面上，而并不象经典化学所说的那样，还分什么电子亚层，有什么球形的S 亚层，纺锤形的p亚层，还有说不清形状的d亚层与f亚层。
笔者还认为，不同的电子层即不同的电子运动的球面空间，电子的绕行方向恰好相反，即如果第1层的电子是逆时针绕行的，则第2层电子则是顺时针绕行的，第3层又是逆时针绕行……。这样的绕行方式，也是由内层电子运动时产生的不平衡环境造成的，尽管内层的电子对在运动时已经尽可能地减小了环境的不平衡程度，可是，从可与电子大小相比拟的空间而言，可能仍旧还存在程度很小的不平衡，它依然成为电子的运动的不平衡环境，于是，电子的属性运动也就向
着减小这些不平衡的方向进行。
笔者认为，如果一个原子核外具有的电子数量恰好能够占满它的轨道，那么这个原子是一个十分稳定的原子，从外部来看，这个原子根本对外界没有产生任何的不平衡，于是，它不可能形成其他电子运
动的不平衡环境，或者说，即使有原子或者电子从它的旁边经过，也只是作匀速直线运动一掠而过，它们之间根本不会发生任何的影响。所以，这个原子是惰性十足的原子。
反之，如果一个原子核外具有的电子数量并不能占满其所有的轨道，那么，这些电子首先一定会尽可能占满其内层所有的轨道，剩余的则尽可能分布于关于原子核对称的最外层的轨道上，同样也是起到减小因它们的运动激发外界空间不平衡的作用。比如，如果最外层只有两个电子，那么，这两个电子一定作如图3所示的运动。如果最外层只有四个电子，则它们一个分布于如图5所示的正四面体的四个顶点上。
3.4 磁单极子
如果我们可以把原子核外电子的运动等效为电流，那么，这些电流一定会激发磁场（电性子的速度旋度），对于一个最外层轨道都有电子运动的原子而言，则其磁场方向不是指向原子核内部最就是指向原子核外部，即要么径向向内要么径向向外，这分明形成了一个磁单极子！然而，非常可惜的是，每一个电子激发的磁场正因方向相反，它们的合磁场实际已经为零。
核外电子运动状态的描述 课后复习： 1、填空： 2、某元素原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，该原子核外共有多少个电子层？ 有多少种能量不同的电子？只含1个电子的轨道有几个？核电荷数是多少？ 课后练习： 1、用现代物质结构学说表明原子结构模型的是： A、道尔顿原子模型 B、卢瑟福原子模型 C、玻尔原子模型 D、汤姆生的葡萄干布丁模型 2、处于下列轨道中的电子，能量最低的是： A、2p B、3p C、4p D、5p 3、以下电子亚层符号正确的是： A、1p B、2d C、3f D、7s 4、处于下列轨道中的电子，能量最高的是： A、4s B、4p C、4d D、4f 5、下列各原子或离子的电子排列式错误的是： A、Na+1s22s22p6 B、F-1s22s22p6 C、N3+1s22s22p6 D、O2-1s22s22p6 6、下列原子中，最外层未成对电子数最多的是： A、核电荷数是5的原子 B、核电荷数是6的原子 C、核电荷数是7的原子 D、核电荷数是14的原子 7、下列原子中，最外层孤对电子为3对的是： A、核电荷数是6的原子 B、核电荷数是9的原子 C、核电荷数是12的原子 D、核电荷数是16的原子 8、下列轨道中，电子能量相等的是： A、1s和2s B、2s和2p C、3p y和3p z D、2p x和3p x 9、处于下列轨道中的电子自旋方向全部相同的是： A、3s2 B、3p3 C、3p4 D、3p5 10、下列元素中，具有3s23p6稳定结构的元素是： A、氧 B、氖 C、氩 D、氪 11、下列各离子中，核外电子排布与氩原子相同的是： A、F- B、 Mg2+ C、Al3+ D、S2- 12、下列各组微粒中，最外层电子排布都为3s23p6的是： A、F-与F B、F-与Ne C、Na+与Al3+ D、Cl-与K+ 13、下列元素的原子或离子中，s亚层全充满，p亚层有半充满轨道的是： A、Li B、F C、P D、S 14、下列元素的原子中，p亚层中的电子数为次外层电子数两倍的是： A、N B、O C、P D、S
《原子核外电子的排布》教学设计 一、教材分析 本章《物质结构元素周期律》是高中必修二第一章的内容，是在九年级化学上册第四单元《物质构成的奥秘》的理论基础上进一步的深入学习，而本节内容——原子核外电子的排布又是本章的核心内容，是后面学习元素周期律的基础。 二、学生分析 学生初中时已经学习了原子的构成和元素，对核外电子是分层排布这一知识点也做了初步了解，所以在此节内容的学习之前学生就已经具备了一些原子的相关基础知识。同时也具备一定的数学基础，能够对一些数据进行分析处理。 三、教学目标 （一）知识与技能目标 1．了解原子核外电子运动的特征。 2．了解元素原子核外电子排布的基本规律，能用原子（离子）结构示意图表示常见原子(离子)的核外电子排布。 （二）过程与方法目标 培养学生分析、处理数据的能力，尝试运用比较、归纳等方法对信息进行加工。 四、教学重难点 重点：原子核外电子分层排布、原子核外电子的排布及其规律。 难点：原子核外电子排布规律间相互制约关系。 五、教学过程 【引入】大家好，这节课我们进入到新课的学习：
【板书】原子核外电子的排布 【提问】在进入新课内容之前，我们先来复习一下以前学习的内容。初中的时候在《物质构成的奥秘》这一章当中我们就学习了原子的相关知识，下面我们来回顾一下，什么是原子？原子由什么微粒构成？ 【学生回顾】…… 【板书】 外电子数 核电荷数＝质子数＝核的负电荷核外电子：带一个单位 中子：不带电 个单位的正电荷质子：带原子核原子????????1 【教师】原子由原子核和核外电子构成，而原子核又由质子和中子构成，其中质子带一个单位的正电荷，中子不带电。核外电子则带一个单位的负电荷。 【提问】那么为什么原子对外显电中性呢？ 【学生】质子所带的正电荷数等于核外电子所带的负电荷数，所以原子不显电性。 【教师】很好，其中我们还学习到了一个重要的等式关系：核电荷数=质子数=核外电子数。所以质子所带的正电荷与核外电子所带的负电荷相互抵消，导致原子不显电性。 【过渡】好，我们都知道了原子的结构。现在我们来研究一下电子在原子核外究竟是怎么运动的。 【教师】大家来看ppt 上这张熟悉的原子结构图。我们可以看到原子核外有一圈圈的层状区域，由里往外分为好几个圈层，这就是我们以前初三所学习到的电子层——核外电子的运动有自己的特点，它不像行星绕太阳旋转有固定的轨道，但却有经常出现的区域，科学家把这些区域称为电子层。而核外电子就是在这样不同的电子层内运动，我们把这种现象称为核外电子的分层排布。这些都是同学们初中已经学习过的内容。 【过渡】那么，大家知道了核外电子的分层排布之后，是不是产生了这样的疑问：核外电子究竟是怎么分层排布的呢？好，接下来我们一起来共同解决同学们的疑问——我们来探究核外电子的排布规律。 【板书】核外电子的排布规律 【提问】我们来看这个原子结构，从黄色最里一层原子层到蓝色最外一层原子层，
高二化学说课殷冬伟 原子核外电子的运动特征 一、教材分析 1、教材的地位和作用 在教学结构中，教材是重要的组成部分，是知识信息的载体，本节课是关于基本概念的教学，“核外电子的运动特征”是学习微粒间作用力和分子空间结构知识的基础，是比较枯燥、抽象的，因而难以理解。这一部分知识是在学过原子结构、核电荷数、质子数、核外电子数及其相互关系和原子核外电子排布的初步知识基础上进行的。能够使学生进一步了解元素性质与其原子结构的关系，并为后面的晶体和轨道杂化的教学提供一些说理性的依据。这对于学生以后的学习有着极为重要的意义。 2、教学目标 （1）理解宏观与微观运动的不同 （2）了解原子核外电子的运动状态，知道电子云和原子轨道。 （3）掌握描述核外电子运动状态的参数 3、教学重点 （1）核外电子的能层、能级分布及能量关系 （2）核外电子运动状态的参数 4、教学难点 核外电子的能层、能级分布及能量关系 二、教学方法与手段 由于本节课的内容非常抽象，对于学生来说，在对很多问题的认识上还不能采取一分为二的分析方法，极易产生以偏概全的问题。本节课主要运用创设问题情景法、探究式教学法，采用多媒体辅助教学，注重对学生创新意识和实践精神的培养。 三、教学过程设计 第一部分：宏观与微观运动的不同以及核外电子运动特征的概括 1．创设情景，激发欲望 教师在教学中通过提出问题、叙述故事或提供材料等方式创设情景，让学生参与教学目标的制定，产生"我想学到什么"、"我想知道什么"、"我想发现什么"的学习需要，激发学生学习的欲望和渴求解决问题的迫切心理，让学生在"我要学习"的意识的强烈驱动下自觉主动地参与到学习情景之中。引入，日常生活中，我们经常接触到一些运动着的物体，如：奔驰在公路上的汽车；飞行的炮弹；围绕地球作高速运转的人造卫星；遨游在浩瀚太空的宇宙飞船……它们的运动和原子核外电子这样的微观粒子的运动有什么区别呢？原子核外的电子到底是如何运动的？有什么特点？原子核外电子的排布有何规律？我的设计意图是要通过栩栩如生的动画画面，激发学生的求知欲，为新课的学习奠定情感的基础。 2、启发点拨，自主探究 教师根据所提的问题，创设发散思维的条件，鼓励学生大胆想象。教师点在关键处，拨在疑难时，启在探索中，使学生有目的地自揣、自读、自练。例如：通过我给的关于宏观物体运动速度和核外电子运动速度对比表格，核外电子运动范围和宏观物体的运动范围相比较的表格，在思考问题的过程中，通过观察课件演示的有关核外电子和宏观物体相对比的数据，讨论比较宏观物体和核外电子运动的不同，使得学生在思考问题的过程中，通过观察软件演示的有关核外电子和
论原子核外电子的运动轨道 2010-02-19 11:30 论原子核外电子的运动轨道 广东博罗高级中学（516100）林海兵摘要：原子核外电子的运动轨道是一个个圆，任何一层电子的轨道都是如此，它并不像化学所说那样具有球的s形轨道，还有纺锤形的p形轨道，更有说不清形状的d、f形轨道。电子并没有什么自旋。 关键词：原子核，核外电子，运动轨道 自从卢瑟福用粒子散射实验证明了原子的核式模型之后，人们对于原子核与核外电子的情况又提出了许多理论，如玻尔关于原子核外电子运动的原子模型，泡利关于电子运动轨道的泡利不相容原理，门捷列夫的元素周期率……这一系列理论的提出，为现代的化学理论奠定了坚实的基础。 1 原子结构与核外电子的运动轨道 泡利认为，每一个电子都有一定的自旋。在同一条电子轨道上最多只允许容纳两个不同自旋的电子。这就是泡利不相容原理。 经典化学认为，原子核外电子的运动轨道是分层的，比如一个氪原子的核外电子就分为四层，第一层（即最内层）有2个电子，第二层有8个，第三层有18个，第四层有8个。而在每一层中，还分成各个亚层，氪原子的第一层只有一个S亚层，第二层则有两个亚层，即S亚层与P亚层，而第三层有三个亚层，即S、P、d亚层，最外层有两个亚层，即S、P亚层。 经典化学认为，在每一个亚层都具有一定的电子轨道数量，如S
亚层只有1条圆的轨道，而P亚层有3条纺锤形的轨道，d亚层则有5条，f亚层有7条。 经典化学还认为，其实这些所谓的轨道并不真正的确定的轨道，而是电子在运动过程中出现机会最大的地方，电子在运动过程中，总是出现在轨道附近的一定的空间范围内，这个空间范围就是人们所说的电子云。 经典化学还认为，由于各亚层的电子云形成并不相同，大小也不相同，这可能造成各亚层甚至是不同电子层的电子云相互交叠的情况。 …… 2 疑惑 笔者并不怎么理解“电子自旋”的含义——是不是好象地球的自转运动一样，它是一种电子的自转运动，电子象自地球一样在绕中心公转时可以发生逆时针的自转也可以发生顺时针的自转；又是否表示电子的自身结构，因为笔者在某些书籍上见到过关于电子的结构的论述，这些论述就把电子描述成具有类似于螺杆的螺旋一样的结构，所以，电子也有左旋电子也有右旋电子。在两种理解之中，第一种描述的是电子的运动，第二种描述的是电子的结构。 笔者还是不理解各种形状的电子亚层，如果有这样的一些电子亚层，就势必使各个亚层的电子云交叠，电子在运动过程中就一定会发生碰撞（必须注意的是，经典物理学与化学认为碰撞在粒子之间是一定存在的），就有可能形成许多不可预料的情况发生，就可能改变电
[核心素养发展目标] １．从微观层面理解原子的组成及结构，了解核外电子的排布规则，培养宏观辨识与微观探析的学科核心素养。２．能结合能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则书写和说明１～３6号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式，发展证据推理与模型认知的学科核心素养。 一、核外电子的排布原理 １．能量最低原理 （１）能量最低原理 原子核外电子先占据能量低的轨道，然后依次进入能量高的轨道，这样使整个原子处于最低的能量状态。（２）基态原子的核外电子在原子轨道上的排列顺序： 随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子排布遵循下列顺序： １电子所排的轨道顺序：１s、２s、２p、３s、３p、４s、３d、４p、５s、４d、５p、6s、４f、５d、6p、7s……，这是从实验得到的规律，适用于大多数基态原子的核外电子排布。 ２由上图可知，各轨道的能量高低顺序，可由下列公式得出：n s<（n—２）f<（n—１）d ３因为s，p，d，f轨道的原子轨道数分别为１,３,５,7个，所以s，p，d，f各原子轨道分别最多能容纳２,6,１0,１４个电子。 ３．洪特规则 （１）内容：原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同，这样整个原子的能量最低。这就是洪特规则。 （２）特例：能量相同的原子轨道在全充满（如p6和d１0）、半充满（如p３和d５）和全空（如p0和d0）状态时，体系的能量较低，原子较稳定。这称为洪特规则特例。 例１若以E（n l）表示某原子轨道的能量，以下各式中正确的是（） A．E（５s）>E（４f）>E（４s）>E（３d） B．E（３d）>E（４s）>E（３p）>E（３s） C．E（４s） 原子核外电子排布的原理 处于稳定状态的原子，核外电子将尽可能地按能量最低原理排布，另外，由于电子不可能都挤在一起，它们还要遵守保里不相容原理和洪特规则，一般而言，在这三条规则的指导下，可以推导出元素原子的核外电子排布情况，在中学阶段要求的前36号元素里，没有例外的情况发生。 核外电子排布原理一——能量最低原理 电子在原子核外排布时，要尽可能使电子的能量最低。怎样才能使电子的能量最低呢？比方说，我们站在地面上，不会觉得有什么危险；如果我们站在20层楼的顶上，再往下看时我们心理感到害怕。这是因为物体在越高处具有的势能越高，物体总有从高处往低处的一种趋势，就像自由落体一样，我们从来没有见过物体会自动从地面上升到空中，物体要从地面到空中，必须要有外加力的作用。电子本身就是一种物质，也具有同样的性质，即它在一般情况下总想处于一种较为安全（或稳定）的一种状态（基态），也就是能量最低时的状态。当有外加作用时，电子也是可以吸收能量到能量较高的状态（激发态），但是它总有时时刻刻想回到基态的趋势。一般来说，离核较近的电子具有较低的能量，随着电子层数的增加，电子的能量越来越大；同一层中，各亚层的能量是按s、p、d、f的次序增高的。这两种作用的总结果可以得出电子在原子核外排布时遵守下列次序：1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p…… 原子轨道能量的高低(也称能级)主要由主量子数n和角量子数l决定。当l相同时，n越大，原子轨道能量E越高，例如E1s＜E2s＜E3s；E2p＜E3p ＜E4p。当n相同时，l越大，能级也越高，如E3s＜E3p＜E3d。当n和l 都不同时，情况比较复杂，必须同时考虑原子核对电子的吸引及电子之间的相互排斥力。由于其他电子的存在往往减弱了原子核对外层电子的吸引力，从而使多电子原子的能级产生交错现象，如E4s＜E3d，E5s＜E4d。Pauling根据光谱实验数据以及理论计算结果，提出了多电子原子轨道的近似能级图。用小圆圈代表原子轨道，按能量高低顺序排列起来，将轨道能量相近的放在同一个方框中组成一个能级组，共有7个能级组。电子可按这种能级图从低至高顺序填入。 高二化学选修课7 核外电子运动状态 【知识目标】 学习内容 学习水平 具体知识要点 核外电子排布 的表示方法 理解 1、电子式的含义及书写 2、原子结构示意图的含义及书写(1-18号元素) 3、电子排布式、轨道表示式的含义及书写(1-18号元素) 考点1、原子结构示意图 知识梳理 原子核外电子 的分层排布 电子层序数 1 2 3 4 …… 电子层符号 K L M N …… 电子离核距离 由 近 远 电子能量 由 低 高 核外电子排布的规律 ① 能量最低原理：即排满了K 层才排L 层，排满了L 层才排M 层。 ② 最多容纳原理：每个电子层最多容纳 2n 2 个电子。 ③ 不能超过原理：最外层电子数不能超过 8 个电子（K 层为最外层时，不能超过2个电子）；次外层电子数不超过 18 个电子（K 层为次外层不能超过2个电子）。 原子结构 示意图 知识应用 【例1】某短周期元素原子的次外层电子数为最外层电子数的2倍，则该元素原子核内质子 数为 A ．3 B ．6 C ．14 D ．16 【例2】某离子的结构示意图为，该离子所带的电荷数可能为 A ．8-n B ．n-8 C ．10-n D ．n-10 【知识巩固】 1．下列关于多电子原子核外电子的运动规律的叙述正确的是 A ．核外电子是分区域运动的 B ．所有电子在同一区域里运动 C ．能量高的电子在离核近的区域运动 D ．能量低的电子在离核近的区域绕核运动 2．判断某多电子原子中电子能量大小的依据是 A ．元素原子的核电荷数 B ．原子核外电子的多少 C ．电子离原子核的远近 D ．原子核外电子的大小 +n 28K L 电子层 层内电子数 原子核 核电荷数 N 粒子符号 +725 原子核外电子的排布 教学目标 知识技能：了解原子核外电子运动的特征和电子云的概念，明确微观粒子和宏观物体的运动有不同的规律；初步掌握原子核外电子排布规律，会画1～20 号元素原子和离子结构示意图；会根据原子、阳离子和阴离子的质子数和核外电子数之间的关系进行有关的计算。 能力培养：培养学生的观察能力、分析能力和抽象思维的能力。 科学思想：通过微观粒子与宏观物体运动的分析，培养学生辩证思维的思想。 科学品质：对学生进行严格的科学态度教育。 科学方法：通过观察、学会分析，归纳，总结问题。 重点、难点 电子云概念；原子核外电子排布的规律；1～20号元素原子和离子结构示意图；根据原子、阳离子和阴离子的质子数和核外电子数之间的关系进行有关的计算。 教学过程设计 教师活动学生活动设计意图 【引入】日常生活中，我们 经常接触到一些运动着的物体， 如： 【软件演示】 奔驰在公路上的汽车；飞行的炮弹；围绕地球作高速运转的人造卫星；遨游在浩瀚太空的宇宙飞船……它们的运动和原子核外电子这样的微观粒子的运动有什么区别呢？原子核外的电子到底是如何运动的？有什么特点？原子核外电子的排布有何规律？这是我们这节课要研究的主要内容。 观察软件演示 的各个运动物体的 动画画面，思考宏 观物体的运动规 律。 通过栩栩如生 的动画画面，激发学 生的求知欲，为新课 的学习奠定情感的基 础。 【板书】 第二节原子核外电子的排布 【设问】 核外电子的运动和宏观物体 的运动有什么不同？ 续表 教师活动学生活动设计意图 【板书】 一、原子核外电子运动的特征 【软件演示】 宏观物体运动和核外电子运动的区别： 1．宏观物体运动速度和核外电子运动速度相比可忽略不计。 在思考问题的 过程中，通过观察软 件演示的有关核外电 子和宏观物体相对比 的数据，比较宏观物 体和核外电子运动的 不同。 观察、分析表中 数 领悟 培养学 生的观察能 力、分析问题 和归纳总结的 能力，明确微 观粒子和宏观 物体的不同之 处，培养辩证 思维的思想。 运动物体运动速度（km/s） 汽车 炮弹 人造卫星 宇宙飞船 氢原子核外电 子 (约为光速的1％) 2．核外电子运动范围和宏观物体的运动范围相比可忽略不计。 乒乓球的直径原子核外电子的运动范 围 4×10-2m n×10-10m 3．原子核外电子的质量和宏观物体的质量相比可忽略不计。 原子核外电子的质量很小，约为×10-31kg，只有质子质量的1/1836！ 【提问】从这些数据中，你能得出什么结论？ 由于原子核外电子的质量很小，运动速度很大，运动范围又很小所以它和宏观物体的运动规律不 课时训练2 量子力学对原子核外电子运动状态的描述 基础夯实 1.电子作为微观粒子,其运动特征与宏观物体的运动特征有着明显的区别,下列关于电子运动特征的叙述中,正确的是( ) A.电子的运动根本就不存在运动轨迹 B.电子在原子核周围的空间内围绕原子核做圆周运动,只不过每一个圆周的半径不同而已 C.电子的运动速率特别快,所以其能量特别大 D.电子的运动速率特别快,运动范围特别小,不可能同时准确地测定其位置和速度 ,每一个瞬间肯定都有客观存在的位置,所以肯定存在运动轨迹,只不过这个运动轨迹到底是什么样的,两个相邻的时间间隔内有什么关系就不能确定了;电子的运动速率虽然很快,但是其质量特别小,所以其能量也不会特别大;电子的运动速率特别快,运动范围特别小,故不能同时准确地测定其位置和速度。 2.下列能级中轨道数为5的是( ) A.s能级 B.p能级 C.d能级 D.f能级 ,轨道数目为2l +1,s、p、d、f能级的l分别是0、1、2、3,因此s、p、d、f能级中的轨道数分别是1、3、5、7,选C。 3.下列有关核外电子运动状态的说法正确的是( ) A.电子自旋就是电子围绕轴“自转” B.原子轨道可用来描述核外电子的运动状态 C.第二电子层有自旋相反的两个轨道 D.原子轨道可用来描述核外电子的运动轨迹 ,自旋不是“自转”;原子轨道可用来描述原子中单个电子的空间运动状态,它只能描述核外电子高频出现的“区域”,而不是核外电子运动的轨迹;第二电子层有四个轨道,分别为2s、2p x、2p y、2p z。综合上述分析,可知B项正确。 4.n、l、m确定后,仍不能确定该量子数组合所描述的原子轨道的( ) (导学号52720035) A.数目 B.空间伸展方向 C.能量高低 D.电子数目 、l、m确定后,原子轨道数目、空间伸展方向、能量高低都可以确定,而只有每个轨道所填充的电子数尚不知道。例如,对n=1,l=0,m=0,可知其轨道的数目为1,轨道能量高低也可确定,其空间伸展方向呈球形,而填充的电子数目无法确定。 5.对于钠原子的第3层电子的p轨道3p x、3p y、3p z间的差异,下列几种说法中正确的是( ) A.电子云形状不同 B.原子轨道的对称类型不同 C.电子(基态)的能量不同 D.电子云空间伸展的方向不同 x、3p y、3p z所表示的是同一能级中的三个不同的p原子轨道,其能量相同。3p x、3p y、3p z的电子云、原子轨道都是哑铃(或纺锤)形,对称性类型都是轴对称。在空间伸展方向上,3p x电子云沿x轴方向伸展,3p y电子云沿y轴方向伸展,3p z电子云沿z轴方向伸展。 【学习目标】 1. 认识原子核外电子排布的轨道能量顺序图； 2. 学会用电子排布式、轨道表示式表示原子结构； 3. 运用能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则书写1~36号元素原子核外电子排布式和轨道表示式。 【学习重、难点】 能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则 【学习方法】自学讨论法、探究总结法 【课时安排】2课时 【教学过程】 一、鲍林近似能级图 多电子原子中各原子轨道能量的高低顺序如下规律： 1．相同电子层上原子轨道能量的高低：ns b、角量子数l（角量子数l确定原子轨道的形状，并和主量子数n一起决定电子的能级） 角量子数l 0、 1、 2、 3 、4… 相应原子轨道 s、 p、 d、 f 、g… c、磁量子数（磁量子数m决定原子轨道在空间的取向） 磁量子数m = 0，±1，±2… 我国化学家徐光宪总结归纳出能级的相对高低与主量子数n和角量子数l的关系为： 规律：（n+0.7l）愈大则能级愈高 （n+0.7l）第一位数字相同的，能量相近，合并为同一能级组 能级组的划分是导致周期表中化学元素划分为周期的原因 [过渡]描述原子核外电子运动状态涉及电子层、原子轨道和电子自旋。 二、原子核外电子排布所遵循的原理 1．能量最低原理 _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________（原子轨道能量高低顺序见上） 2．泡利不相容原理 _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________指出：同一原子中，不可能有两个电子处于完全相同的状态。 二、原子核外电子的排布 [教学目标] 1、知识与技能目标 （1）了解元素原子核外电子排布的基本规律，能用原子（离子）结构示意图表示原子(离子)的核外电子排布 （2）了解原子核外电子的排布规律，元素的金属性和非金属性，元素的化合价、原子半径等随元素核电核数呈周期性变化的规律，认识元素周期率。 2、过程与方法目标 培养学生分析、处理数据的能力，尝试运用比较、归纳等方法对信息进行加工。3．情感、态度与价值观 (1)初步体会物质构成的奥秘，培养学生的抽象思维能力、想像力和分析推理能力； (2)树立“结构决定性质”、“物质的粒子性”等辩证唯物主义观点。 [教学重、难点] 构成原子的微粒间的关系和核外电子排布规律。培养分析、处理数据的能力,尝试运用比较、归纳等方法对信息进行加工。了解假说、模型等科学研究方法和科学研究的历程。 [教学过程] [复习提问] 1.构成原子的粒子有哪些,它们之间有何关系? 2.为什么原子不显电性? 3.为什么说原子的质量主要集中原子核上? [引言]我们已经知道，原子是由原子核和电子构成的，原子核的体积很小，仅占原子体积的几千亿分之一，电子在原子内有“广阔”的运动空间。在这“广阔”的空间里，核外电子是怎样运动的呢? [板书]原子核外电子的排布 [交流与讨论1]原子在核外是怎样运动的? [打开书P78页，阅读教材,核外电子是怎么排布的？用两个字概括。 【讲解】原子中的核外电子运动虽然没有固定的轨道（太阳系中的地球等有运动轨道），但却有经常出现的区域，这些区域叫做电子层。 【过渡】电子究竟是怎样分层排布的呢？ 【投影】讲解：核外电子最少的有1层，最多的有7层，最靠近原子核的是第一层（K 层）……第一层的能量最低，第七层能量最高。[归纳]按能量高低分层排布。(能量由低到高) K L M N O P Q …… 一、教学目标 （一）知识与技能目标 引导学生了解原子核外电子的排布规律，使他们能画出1～18号元素的原子结构示意图；了解原子的最外层电子排布与元素的原子得、失电子能力和化合价的关系。 （二）过程与方法目标 通过对原子核外电子的排布规律问题的探讨，培养学生分析、处理数据的能力，尝试运用比较、归纳等方法对信息进行加工。 （三）情感态度与价值观目标 培养他们的科学态度和科学精神，体验科学研究的艰辛与喜悦。 二、教学重点、难点 （一）知识上重点、难点：核外电子排布规律。 （二）方法上重点、难点：培养分析、处理数据的能力,尝试运用比较、归纳等方法对信息进行加工。 三、教学过程 【引言】 首先，请同学们观看一段视频 ——这是著名的α粒子散射实验，卢瑟福就是通过这个实验，提出了原子是由原子核和电子构成的核式结构模型的。视频中还介绍了原子核的体积很小，核外有着非常广阔的相对空间，电子就是在这非常“广阔”的空间里作高速的绕核运动。那么电子的绕核运动还有着哪些特征？这些运动的电子在核外又是怎样排布的？这就是本节课我们所要研究的内容。 【板书】二、核外电子排布 【讲述】同学们请看，屏幕上展示的是核外电子的运动特征，我们共同看一下。 （1）质量很小（9.109×10-31kg）。 （2）运动速度快（接近光速）。 （3）运动空间范围小（直径约10-10m）。 【过渡】根据核外电子的运动特征，请同学们充分发挥想象力，电子在核外的运动到底是一个什么样的情形？ 【设想猜测】电子在核外的运动到底是一个什么样的情形？ 【学生活动】略。 【质疑一】电子的绕核运动有没有固定的轨迹？ 【质疑二】电子的绕核运动没有固定的轨迹，是不是说电子绕核运动就没有规律？ 【讲述并投影】电子在原子核外的这个极小的空间内作高速运动，时而出现在离核远处，时而出现在离核近处，我们不能同时测定出电子在某一时刻的位置和速度，但是能从理论上统计出它在原子核外某一范围内出现的机会的多少——这就是我们将要在《物质结构与性质》选修教材中加以学习的电子云。 【过渡】同学们太伟大了！我们研究分析原子结构中电子的运动情况，用了不到10 分钟的时间，而科学家们却用去了一个多世纪！让我们踏着科学的足迹，重温这段曲折、坎坷、震撼世人的科学探索过程！ 【投影】历史回眸 1．最早提出“原子”一词的是古希腊哲学家德谟克利特，他认为万物都是由原子组成的，原子是不可分割的最小微粒。但是很可惜，由于种种原因，这一伟大的学说没有为人们所重视，被忽视了20多个世纪——这是科学界的一大憾事！ 2．直到1803年英国科学家道尔顿通过对当时化学实验的现象分析，创立了近代原子学说，第一次将原子学说从推测转变为科学概念。很长一段时间，人们都认为原子就像道尔顿说得那样，是一个小得不能再小的实心球，里面再也没有什么花样了。 核外电子的运动状态 电子在原子中的运动状态,可n,l,m,ms四个量子数来描述. （一）主量子数n 主量子数n是用来描述原子中电子出现几率最大区域离核的远近,或者说它是决定电子层数的.主量子数的n的取值为1,2,3…等正整数.例如,n=1代表电子离核的平均距离最近的一层,即第一电子层；n=2代表电子离核的平均距离比第一层稍远的一层,即第二电子层.余此类推.可见n愈大电子离核的平均距离愈远. 在光谱学上常用大写拉丁字母K,L,M,N,O,P,Q代表电子层数. 主量子数（n） 1 2 3 4 5 6 7 电子层符号 K L M N O P Q 主量子数n是决定电子能量高低的主要因素.对单电子原子来说,n值愈大,电子的能量愈高.但是对多电子原子来说,核外电子的能量除了同主量子数n有关以外还同原子轨道（或电子云）的形状有关.因此,n 值愈大,电子的能量愈高这名话,只有在原子轨道（或电子云）的形状相同的条件下,才是正确的. （二）副量子数l 副量子数又称角量子数.当n给定时,l可取值为0,1,2,3…（n-1）.在每一个主量子数n中,有n个副量子数,其最大值为n-1.例如n=1时,只有 一个副量子数,l=0,n=2时,有两个副量子数,l=0,l=1.余此类推.按光谱学上的习惯l还可以用s,p,d,f等符号表示. l 0 1 2 3 光谱符号s p d F 副量子数l的一个重要物理意义是表示原子轨道（或电子云）的形状.L=0时（称s轨道）,其原子轨道（或电子云）呈球形分布（图4-5）；l=1时（称p轨道）,其原子轨道（或电子云）呈哑铃形分布（图4-6）；…图4-5 s电子云图4-6 p电子 副量子数l的另一个物理意义是表示同一电子层中具有不同状态的亚层.例如,n=3时,l可取值为0,1,2.即在第三层电子层上有三个亚层,分别为s,p,d亚层.为了区别不同电子层上的亚层,在亚层符号前面冠以电子层数.例如,2s是第二电子层上的亚层,3p是第三电子层上的p亚层.表4-1列出了主量子数n,副量子数l及相应电子层、亚层之间的关系. 表4-1 主量子数n,副量子数l及其相应电子层亚层之间的关系 n 电子层 l 亚层 1 1 原子核外电子排布 1 氢H 1 2 氦He 2 3 锂Li 2 1 4 铍Be 2 2 5 硼 B 2 3 6 碳 C 2 4 7 氮 N 2 5 8 氧 O 2 6 9 氟 F 2 7 。 10 氖 Ne 2 8 11 钠 Na 2 8 1 12 镁 Mg 2 8 2 13 铝 Al 2 8 3 14 硅 Si 2 8 4 15 磷 P 2 8 5 16 硫 S 2 8 6 17 氯 Cl 2 8 7 18 氩 Ar 2 8 8 % 19 钾 K 2 8 8 1 20 钙 Ca 2 8 8 2 21 钪 Sc 2 8 9 2 22 钛 Ti 2 8 10 2 23 钒 V 2 8 11 2 24 铬 Cr 2 8 13 1 25 锰 Mn 2 8 13 2 26 铁 Fe 2 8 14 2 27 钴 Co 2 8 15 2 28 镍 Ni 2 8 16 2 29 铜 Cu 2 8 18 1 & 30 锌 Zn 2 8 18 2 31 镓 Ga 2 8 18 3 32 锗 Ge 2 8 18 4 33 砷 As 2 8 18 5 34 硒 Se 2 8 18 6 35 溴 Br 2 8 18 7 36 氪 Kr 2 8 18 8 37 铷 Rb 2 8 18 8 1 38 锶 Sr 2 8 18 8 2 39 钇 Y 2 8 18 9 2 ) 40 锆 Zr 2 8 18 10 2 41 铌 Nb 2 8 18 12 1 42 钼 Mo 2 8 18 13 1 43 锝 Tc 2 8 18 13 2 44 钌 Ru 2 8 18 15 1 45 铑 Rh 2 8 18 16 1 46 钯 Pd 2 8 18 18 47 银 Ag 2 8 18 18 1 48 镉 Cd 2 8 18 18 2 49 铟 In 2 8 18 18 3 50 锡 Sn 2 8 18 18 4 ） 51 锑 Sb 2 8 18 18 5 52 碲 Te 2 8 18 18 6 53 碘 I 2 8 18 18 7 54 氙 Xe 2 8 18 18 8 55 铯 Cs 2 8 18 18 8 1 56 钡 Ba 2 8 18 18 8 2 57 镧 La 2 8 18 18 9 2 〖镧系〗 58 铈 Ce 2 8 18 19 9 2 〖镧系〗 59 镨 Pr 2 8 18 20 9 2 〖镧系〗 60 钕 Nd 2 8 18 21 9 2 〖镧系〗 — 61 钷 Pm 2 8 18 22 9 2 〖镧系〗 62 钐 Sm 2 8 18 23 9 2 〖镧系〗 63 铕 Eu 2 8 18 24 9 2 〖镧系〗 64 钆 Gd 2 8 18 25 9 2 〖镧系〗 65 铽 Tb 2 8 18 26 9 2 〖镧系〗 66 镝 Dy 2 8 18 27 9 2 〖镧系〗 67 钬 Ho 2 8 18 28 9 2 〖镧系〗 68 铒 Er 2 8 18 29 9 2 〖镧系〗 69 铥 Tm 2 8 18 30 9 2 〖镧系〗 70 镱 Yb 2 8 18 31 9 2 〖镧系〗 71 镥 Lu 2 8 18 32 9 2 〖镧系〗 、 72 铪 Hf 2 8 18 32 10 2 73 钽 Ta 2 8 18 32 11 2 74 钨 W 2 8 18 32 12 2 第3课时 原子核外电子排布规则 [目标定位] 知道原子核外电子排布的“两原理一规则”，会正确书写原子的电子排布式和电子排布图。 一、基态原子核外电子的排布原则 1．能量最低原理 原子核外的电子应优先排布在能量最低的能级里，然后由里到外，依次排布在能量逐渐升高的能级里。能级的能量高低顺序如构造原理所示(对于1～36号元素来说，应重点掌握和记忆“1s →2s →2p →3s →3p →4s →3d →4p ”这一顺序)。 2．泡利原理 (1)在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋状态相反，这一原理被称为泡利原理。 (2)因为每个原子轨道最多只能容纳 2个电子且自旋方向相反，所以从能层、能级、原子轨道、自旋方向四个方面来说明电子的运动状态是不可能有两个完全相同的电子的。如氟原子的电 子排布可表示为1s 22s 22p 2x 2p 2y 2p 1z ，由于各原子轨道中的电子自旋方向相反，所以9个电子的 运动状态互不相同。 3．洪特规则 (1)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，这就是洪特规则。 (2)通俗地说，洪特规则可以表述为电子总是尽量自旋平行地分占不同的轨道。如碳原子的电子排布图是，而不是。 (3)洪特规则的特例 在等价轨道(同一能级)上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有较低的能量和较大的稳定性。 相对稳定的状态????? 全充满：p 6 、d 10 、f 14 全空：p 0、d 0、f 0半充满：p 3、d 5、f 7 如24Cr 的电子排布式为1s 22s 22p 63s 23p 63d 54s 1，为半充满状态，易错写为1s 22s 22p 63s 23p 63d 44s 2。 第一单元原子核外电子的运动 第1课时原子核外电子的运动特征 [学习目标定位] 熟知原子的构成，理解“电子云”的概念，会描述原子核外电子的运动特征。 一、核外电子运动的特点及电子云 1．原子核外电子的运动特点 (1)电子的质量很小，带负电荷。 (2)相对于原子和电子的体积而言，电子运动的空间很大。 (3)电子运动的速度很快，接近光速。 2．电子云：用小点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会大小所得到的图形。3．电子云轮廓图：是指量子力学描述电子在原子核外空间运动的主要区域。一般是将出现的概率约为90%的空间圈出来，制作电子云的轮廓图，称为原子轨道。如氢原子核外电子的电子云轮廓图的绘制： (1)电子云中的小黑点并不代表一个电子而是代表电子在该处出现过一次。小黑点的疏密程度表示电子在原子核外出现的概率大小。小黑点稀疏的地方，表示电子在该处出现的概率小；小黑点密集的地方，表示电子在该处出现的概率大。 (2)离核越近，电子出现的概率越大，小黑点越密集。 例1下列关于氢原子电子云图的说法正确的是( ) A．通常用小黑点来表示电子的多少，黑点密度大，电子数目多 B．黑点密度大，单位体积内电子出现的机会多 C．通常用小黑点来表示电子绕核做高速圆周运动 D．电子云图是对运动无规律性的描述 答案 B 解析黑点的疏密表示电子出现的概率大小，不表示电子数目的多少，黑点密度大，电子出现的频率高，故A错误，B正确；小黑点表示电子在核外空间某处出现的机会，不代表电子的运动轨迹，故C错误；电子云图反映电子在核外无规则运动时在某点出现的概率，是对运动的描述，故D错误。 二、核外电子运动状态的描述 对于多电子原子来说，常从以下几个方面来描述： 1．电子层 (1)电子层：如图所示，在多电子原子中，核外电子是分层运动的，能量高的电子在离核远的区域里运动，能量低的电子在离核近的区域里运动。这也说明多电子的原子中电子的能量是不同的。能量不同的电子在核外不同的区域内运动，这种不同的区域称为电子层(n)。 (2)电子层的表示方法： 原子核外电子排布 【学习目标】 知识与技能 1、了解元素原子核外电子排布的基本规律 2、会用原子结构示意图熟练表示1——18号元素，惰性气体，部分第四，五周 期的主族元素的电子排布式， 3、在必修1的基础上，进一步认识卢瑟福和玻尔的原子结构模型，了解原子核 外电子的运动状态。 4、在原子核外电子排布基本规律的基础上，进一步了解表述电子运动状态的四 个要素，了解电子云，知道1——36号元素的电子排布式，轨道表示式，价电子排式。 过程与方法 学习运用实验，查阅资料等多种手段获取信息，运用比较、分类、归纳等方法对信息进行加工。 情感态度与价值观 体会化学发展史中化学家们追求真理的精神，培养问题意识与探究意识，提高逻辑思维能力，领悟科学发现的艰辛，了解科学发现的意义，培养科学精神【教学重点】原子电子排布的规律 【教学难点】原子电子排布规律的探究 已有知识背景： 1、原子结构模型的演变过程 “原子结构模型”是科学家根据自己的认识对原子结构的形象描述，一种模型代表了人类某一阶段对原子结构的认识。人类认识原子结构的历史依次为：道尔顿的原子模型→汤姆生的原子模型→卢瑟福原子模型→波尔原子模型→现代量子力学、电子云模型。 公元前5世纪，我国墨翟曾经提出物质微粒说，他称物质的微粒为“端”，意思是不可分割的质点。但在战国时代，有一本著作《庄子·天下篇》中却提到了物质无限可分的思想。与此同时，公元前5世纪的古希腊哲学家德谟克里特把物质碎片小到不可再分的最小组成单位称为“原子”（意思是“不可分割”）。在他的观点中，原子是最微小的不可分割的物质微粒。 19世纪，化学家道尔顿进一步阐述了原子学说的基本观点：化学元素由非常微小的、不可分割的物质微粒——原子组成，原子在所有化学变化中均保持自己独特的性质；同一元素的所有原子，各方面性质相同，而不同元素的原子有自己独特的性质；元素的原子以简单数值比相结合时就发生化合。由此近代原子理论得以建立。然而，道尔顿的学说不能从化合比例决定原子的相对重量。1811年阿伏伽德罗提出了分子的概念（尽管当时不被人接受）。19世纪初原子分子学说的出现，是近代化学发展过程中的重要里程碑。 1897年，汤姆生在研究阴极射线的时候，发现了原子中电子的存在，这打破了“原子不可分割”的理念，明确地向人们昭示：原子是可以继续分割的， 1 描述原子核外电子运动状态的四个量子数 量子力学用四个量子数来描述核外电子运动的状态。各个量子数对核外电子运动状态描述的程度有所不同，它们必须相互配合来提高对核外电子运动状态描述的程度，各量子数的功能如下： 1．主量子数n对应着电子层(主能层)数，意思是说核外电子是分层排布的。如Na原子核外的11个电子在基态时分三层排布。 2．角量子数l所表达的是一个电子层(主能层)里又划分为若干个能级(电子亚层或电子分层)。主量子数n和角量子数l共同表达了电子层中的能级。如3s(n＝3，l＝0)表示第三电子层里的第一能级(最低能级)，3p(n＝3，l＝1)表示第三电子层里的第二能级(较高能级)。 3．磁量子数m所表达的是一个能级中又划分为若干个原子轨道。主量子数n、角量子数l和磁量子数m表达了n电子层里某能级中的原子轨道。如2p x(n＝2，l＝1，m＝＋1)、2p y(n＝2，l＝1，m＝0)、2p z(n＝2，l＝1，m＝－1)各表示第二电子层里第二能级中的一个轨道。 4．自旋磁量子数m s描述的是电子的自旋性质。任何一个电子都有自己的自旋方向，处在同一个原子轨道的电子共分两种不同的自旋方向。 这样，原子中的电子运动状态可用量子数n、l和m确定的原子轨道来描述，并取两种自旋状态中的一种。必须将四个量子数搭配起来才能具体准确地描述出某个核外电子的运动状态。 能级又叫做原子轨道或电子亚层，一个能级即一种原子轨道或一个电子亚层。如1s能级又叫做1s轨道或1s亚层，3d能级又叫做3d轨道或3d亚层等。 主量子数n分别为1、2、3时，其他量子数的对应取值情况如表所示。 【典例1】 下列几组量子数中，各量子数能够同时存在的是( ) A ．1,1,2，－1 2 B ．3,2,2，＋1 2 C ．2,2,2,2 D ．1,0,0,0 解析 在A 中，n ＝1，l ＝1，m ＝2，m s ＝－1 2不合理；在B 中，n ＝3，l ＝2，m ＝2，m s ＝＋1 2合理；在C 中，n ＝2，l ＝2，m ＝2，m s ＝2不合理；在D 中，n ＝1，l ＝0，m ＝0，m s ＝0不合理。 答案 B原子核外电子排布的原理
高二化学选修课7 核外电子运动状态
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高中化学 11_2 量子力学对原子核外电子运动状态的描述课时训练 鲁科版选修3
原子核外电子的排布
教案《原子核外电子的排布》
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