1.1.3电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 课件 2022-2023学年高二化学人教版（2019）选择性必修2

第一章 原子结构与性质 第一节 原子结构 第3课时 电子云与原子轨道 泡利原理、洪特规则、能量最低原理 原子结构理论发展 电子为什么不能像行星一样，沿着固定的轨道围绕原子核运动？ 宏观物体 微观粒子 质量 很大 速度 较慢 位移 可测 能量 可测 轨迹 可描述 （画图或函数描述） 很小 很快（接近光速） 位移、能量 不可同时测定 不可确定 1920年，海森堡提出著名的海森堡测不准原理：无法同时精确测量某个电子在某一时刻的位置和动量。 原子结构理论发展 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。量子力学推翻了玻尔的氢原子模型。 薛定谔 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。 概率密度分布图与电子云图 概率密度 = （P:电子在某处出现的概率，V:该处的体积） 图1-7 氢原子1s电子在原子核外出现的概率密度分布图 小点不是电子，小点是1s电子在原子核外出现的概率密度的形象描述，不代表电子的运动轨迹，小点越密，表明概率密度越大。由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象的称作“电子云”。 电子云轮廓图 电子云轮廓图给出了电子在原子核外经常出现的区域（一般是电子出现概率为90%部分圈出）。 S轨道电子云轮廓图绘制过程 所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是一个球形。能层越高，s电子的电子云半径越大。电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。 s能级的电子云轮廓图 ——球形 p能级的电子云轮廓图 除s电子云外，其他电子云都不是球形的。 ——哑铃状或纺锤形 p电子的电子云形状相同，均为哑铃形，p能级有3个相互垂直的电子云，分别以px、py、pz表示，同一能层中px、py、pz的能量相同。 原子轨道 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。一种轨道代表一种空间运动状态。 s能级原子轨道有1个 p能级原子轨道有3个 d能级原子轨道有5个 f能级原子轨道有7个 原子轨道 能级 s p d f 最多可容纳电子数 原子轨道数 每个轨道容纳电子数 能层 能级 原子 轨道数 原子轨道符号 电子云轮廓图 形状 取向 K 1s L 2s 2p M 3s 3p 3d ...... ...... ...... 2 6 10 14 1 3 5 7 2 2 2 2 1 1s 球形 1 2s 球形 3 2px、2py、2pz 哑铃形 1 3s 球形 3 3px、3py、3pz 哑铃形 5 相互垂直 相互垂直 1 4 9 能层序数(n) 能级个数：n 轨道个数：n2 电子数：2n2 现代原子结构模型 + 原子轨道 能级 s p d f 原子轨道数 1 3 5 7 1s 2s 3s 4s 5s 2p 3p 4p 5p 3d 4d 5d 4f 5f 5g 每个原子轨道最多只能容纳2个电子，为什么一个轨道允许容纳2个电子呢？ 电子自旋——资料卡片 钠原子光谱实验 斯特恩-盖拉赫实验 提出猜想 ：轨道中的单电子可能存在两种不同的运动状态 1925年：乌伦贝克和哥德斯密根据实验事实提出概念“电子自旋”，电子除了空间运动状态外，还存在一种运动状态叫自旋。 只有1个最外层电子的碱金属原子光谱会在光谱里呈现双线 只有1个最外层电子的银原子在外加电场里加速飞行通过一个不对称磁场时会分成两束 电子自旋和泡利原理 ①自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。 ②电子能量与能层、能级有关，电子的空间运动状态与原子轨道有关，能层、能级、原子轨道和自旋状态四个方面共同决定电子的运动状态。 电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头（ ↑ 和 ↓ ）表示自旋相反的电子。 在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反，这个原理被称为泡利原理（也称泡利不相容原理）。 电子排布的轨道表示式（电子排布图） 轨道表示式（又称电子排布图）是表述电子排布的一种图式。 表示方法：用方框（也可用圆圈）表示原子轨道，能量相同的原子轨道（简并轨道）的方框相连，箭头（↑↓）表示一种自旋状态电子。 如氢和氧的基态原子的轨道表示式为 1s 2s 2p H ↑↓ ↑ O 1s ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 通常应在方框下方或上方标记能级符号，有时画出的能级上下错落，以表达能量高低不同。 原子轨道 简并轨道：能量相同的原子轨道