1.1.3 电子云与原子轨道
学案1：1.1.3 原子核外电子排布规则
第3课时原子核外电子排布规则【目标导航】1.掌握基态原子、激发态原子、电子云、原子轨道的概念。
2.能运用核外电子排布的规律熟练掌握1～36号元素的原子的核外电子排布。
【基础落实】一、能量最低原理、泡利原理和洪特规则1．能量最低原理原子的电子排布遵循____________能使整个原子的能量处于________状态，简称能量最低原理。
2．泡利原理在一个原子轨道里最多只能容纳____个电子，而且它们的自旋状态________，这个原理称为泡利原理。
3．洪特规则当电子排布在________能级的________轨道时，基态原子中的电子总是优先____________________，而且自旋状态________，这个规则称为洪特规则。
跟踪训练1 一定呈＋1价的金属元素是()A．M层比L层电子数少6个电子的元素B．质量数为24，中子数为12的元素C．4s轨道上有1个电子的元素D．电子排布式为1s22s22p63s23p64s1的原子二、电子排布式与电子排布图1.电子排布式用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式。
写出下列基态原子的电子排布式：（1）16S：；（2）20Ca：；（3）26Fe：；（4）29Cu：。
2.电子排布图用方框代表一个原子轨道，用箭头表示一个电子，这样的式子称为电子排布图。
如Na：N：____________________________________O：____________________________________3.原子核外电子排布的表示方法(1)电子排布式和电子排布图反映的是基态原子即处于最低能量状态的原子的电子排布情况，它们相互关联，可以非常方便地相互转换。
(2)虽然电子排布是遵循构造原理的，但书写电子排布式时应按照能层的顺序书写。
如铁原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，而不写作1s22s22p63s23p64s23d6。
1.1.3电子云与原子轨道
核外电子运动状态的描述
电子云(演示)
电子云：描述核外电子运动特征的图象。 电子云：描述核外电子运动特征的图象。 电子云中的小黑点： 电子云中的小黑点： 并不是表示原子核外的一个电子, 并不是表示原子核外的一个电子,而是表 示电子在此空间出现的机率。 示电子在此空间出现的机率。 电子云密度大的地方说明电子出现的机 会多， 会多，而电子云密度小的地方说明电子出现 的机会少。 的机会少。
电子云轮廓图----原子轨道 电子云轮廓图 原子轨道
S能级的原子轨道
S能级的原子轨道是球形对称的.
P能级的原子轨道
z
z
z
ห้องสมุดไป่ตู้
y x
x
y
x
y
P能级的原子轨道是纺锤形的,每个P 能级有3个原子轨道,它们相互垂直, 分别以P x,Py,PZ表示.
P能级的3个原子轨道P x,Py,PZ合 在一起的情形.
P 能 级 的 原 子 轨 道
d能级的原子轨道有5个.
d 能 级 的 原 子 轨 道
f 有 七条等价轨道 七条等价轨道.
练习
1. 指出下列符号的含义： 1s 3p 2s 3d 2. 将下列各能级按照能量由低到高的顺序 排列起来： ①3p、2s、3d、1s、2p、3s ②4p、4s、3d、2s、1s ③2s、2p、1s、3p
原子结构
电子云与原子轨道
宏观、 宏观、微观运动的不同
宏观物体 质量 速度 位移 能量 轨迹 很大 较小 可测 可测 可描述
（画图或函数描述） 画图或函数描述）
微观粒子 很小 很大（ 很大（接近光 速）
位移、 位移、能量 不可同时测定
不可确定
核外电子运动的特征
宏观物体的运动特征： 可以准确地测出它们在某一时刻所处的位置及 运行的速度； 可以描画它们的运动轨迹。 微观物体的运动特征： 核外电子质量小，运动空间小，运动速率大。 无确定的轨道，无法描述其运动轨迹。 无法计算电子在某一刻所在的位置，只能指出 其在核外空间某处出现的机会的多少。
高三化学电子云与原子轨道PPT课件
课堂练习
1、判断下列表达是正确还是错误 1）1s22p1属于基态； 2）1s22s2 2p63s2 3p63d54s1属于激发态； 3）1s22s2 2p63d1属于激发态； 4）1s22s2 2p63p1属于基态；
①已知核外电子数目先按照能量最低原 理从1s排起
②其间应考虑是否需应用泡利原理和洪 特规则，特别是要求画外围轨道表示式
③最后考虑是否需要应用量子力学关于 全空、半充满、全充满的排布规定，如 Cr、Cu等原子
；托管班加盟 托管所加盟 午托班加盟 学生托管所；
2．p电子云/原子轨道的形状是纺锤形 （或称为哑铃形），其伸展方向是互向 垂直的三个方向（Px、Py、Pz）。
P电子原子轨道半径同样随着n增大而增大
科学探究
观察图1-14，这些图称为原子的 电子轨道表示式
1．每个原子轨道最多只能容纳几
个电子？
2．当电子排在同一个能级内时， 有什么规律？
★核外电子排布规则: 1.能量最低原理
答案： (1) x(2) x(3)√(4) x
五、电子云与原子轨道
思考: 宏观物体与微观物体（电 子）的运动有什么区别?
宏观物体的运动特征：
• 可以准确地测出它们在某一时刻 所处的位置及运行的速度；
• 可以描画它们的运动轨迹。
微观物体的运动特征：
电子的质量很小，只有9.11×10-31 千克；
核外电子的运动范围很小（相对于
宏观物体而言）；
测不准
电子的运动速度很大；
1、电子云
图中 表示原子核，一个小黑点代表 电子在这里出现过一次
➢小黑点的疏密表示电子在核外空间 单位体积内出现的概率的大小。
电子云与原子轨道
问题导学
当堂检测
3.不同能层的同种能级的原子轨道形状是否完全相同呢? 答案: 不同能层同种能级的原子轨道形状相似, 但不完全相同。 只是原子轨道的半径不同, 能级序数 n 越大, 电子的能量越大, 原子轨 道的半径越大。例如 1s、2s、3s 轨道均为球形, 原子轨道半 径: r( 1s) <r( 2s) <r( 3s) 。
问题导学
当堂检测
解析: 电子云中的小黑点, 单独看小黑点没什么实际意义, 但从 黑点密度的大小上则能说明电子在该区域出现的几率大小。 ( 1) 从统 计的结果中分析, 距离原子核越近, 电子出现的机会越多; 距离原子核 越远, 电子出现的机会越少。( 2) 从物质的运动, 总是趋于能量最低来 分析, 因为离核越近, 电子云的密度越大, 电子的能量越低, 离核越远, 电子云的密度越小, 电子的能量越高。( 3) 电子运动虽然没有宏观物 体那样的运动规律, 但也有自身的规律, 电子云就是人们对电子运动 规律的形象描述。 答案: ( 1) 距原子核越近, 电子出现的机会越多; 距原子核越远, 电 子出现的机会越少 ( 2) 低 高 因为离核越近, 电子的概率密度越 大, 离核越远, 电子的概率密度越小 ( 3) BD
目标导航
预习引导
一、电子云与原子轨道 1.电子云: 电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外 空间的概率密度分布的形象化描述。 小黑点越密, 表示概率密度越大。 由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾, 因而被形象地称 为电子云。 2.电子云轮廓图: 为了表示电子云轮廓的形状, 对核外电子的空 间状态有一个形象化的简便描述, 把电子在原子核外空间出现概率 P=90%的空间圈出来, 即为电子云轮廓图。
课堂合作探究
电子云与原子轨道
材料结构优化
电子云和原子轨道理论可以用来优化材料的结构，如合金的结构、晶体ຫໍສະໝຸດ 结构等，从而提高材料的性能和稳定性。
03
材料表面与界面研究
电子云和原子轨道理论可以用来研究材料表面和界面的性质，如表面吸
附、表面重构、界面相互作用等，从而为材料表面的改性和界面工程提
供理论支持。
在生物学中的应用
生物大分子结构研究
预测分子的几何结构和性质
电子云和原子轨道理论可以用来预测分子的几何结构和性 质，如分子的形状、极性、光谱性质等，从而为分子设计 和合成提供理论支持。
在材料科学中的应用
01
材料性质预测
电子云和原子轨道理论可以用来预测材料的性质，如导电性、光学性质、
磁学性质等，从而为新材料的发现和应用提供理论支持。
02
能级
排布
原子轨道的能级由主量子数n、角量 子数l和磁量子数m共同决定。
电子按照能量从低到高的顺序填充到 各个原子轨道中，形成电子云。
能级从低到高依次为
s、p、d、f等，同一能级的不同轨道 称为简并轨道。
原子轨道的形状和取向
形状
根据主量子数n和角量子数l的不 同，原子轨道有不同的形状，如s 轨道为球形，p轨道为哑铃形，d 轨道为花瓣形等。
05 电子云与原子轨道的未来 发展
高精度计算方法的发展
密度泛函理论
随着计算能力的提升，密度泛函理论在电子云和原子轨道计算中 的应用将更加广泛，能够更精确地描述电子结构和性质。
多尺度模型
结合不同尺度的模型和方法，如量子力学、分子力学和经典力学， 以更全面地描述复杂体系的电子云和原子轨道行为。
机器学习和人工智能
电子云的交叠与屏蔽效应
电子云交叠是指不同原子或分子的电 子云在空间某处相互重叠，这会导致 电子的相互作用增强，从而影响原子 的化学性质和分子的稳定性。
关于电子云和原子轨道
关于电子云和原子轨道（1）电子云的实质● 我们能不能把电子云中的小点当作电子？你问这个问题首先是把电子看作一个粒子。
电子能不能看作粒子？能，但它在核外空间出现的规律却只能用波动方程描述，不能用宏观物体的运动方程描述。
简单说，电子在原子核外空间的任一个点都有可能出现，不同的只是在各点出现的概率不同，而且，我们也不能预测电子从某个小点会移到哪一个点上去，因为电子在核外空间的运动不能用描述宏观运动的轨迹概念描述。
在教学中一定不能忘记强调，氢原子核外只有一个电子，而它的电子云图里却有许许多多点。
可见小点绝非电子本身！因此，电子云中的每个小点是该电子在小点所在的位置上出现的“记录”，或者说电子在这里出现留下的“踪迹”，或者说，你想象中“看到了”电子在这个点上出现过了，甚至说，你用了一架虚拟的照相机把电子在这个点出现“拍摄”下来了。
1s 2s 3s图1 氢原子的1s, 2s, 3s 电子云（注意三张图的尺寸不同）● 电子云图中的小点的总数可多可少吗？是的，可多可少。
这要看你“记录”电子在核外空间出现的次数。
通俗地讲，每个小点相当于一次记录。
如果电子云图里有500个小点，就相当于记录了500次。
如果有10000个点，就相当于记录了10000次。
记录的次数越多，小点就越多。
● 如何制作电子云图？用计算机程序可以制作电子云图。
在网上有一个生成电子云（黑点图）的程序。
可以从网上下载。
这个程序模拟了电子的波动方程得到的Ψ2的值，将它转化为小黑点在二维（纸面）上给出。
这个程序是用JA V A 程序编写的。
运行时间越长，随机产生的小黑点数目越大（图2）。
在本教学参考资料中有一个文件叫做“电子云黑点图计算机模拟动画程序”对这个程序作了详尽介绍。
图1就是用这一程序画的。
图2 用计算机程序制作电子云图，程序运行时间越长，小点越多如果在上课时能够直接上网，也可打开如下网站：/StuHome/cabell_f/Density.html ，在该网页的电子概率密度applet 程序上直接输入主量子数（n ）、角量子数(l )和磁量子数（m ），可快速地得到不同状态的电子云的图像。
原子轨道与电子云的概念及表示
原子轨道与电子云的概念及表示在探索微观世界的奇妙旅程中，原子轨道和电子云是两个至关重要的概念。
它们为我们理解原子中电子的行为和分布提供了关键的理论基础。
首先，让我们来谈谈原子轨道。
简单来说，原子轨道是描述原子中电子可能存在的空间区域。
就好像一个特定的“房间”，电子在这个“房间”里有一定的出现概率。
原子轨道的概念基于量子力学的理论。
在经典物理学中，我们可能会想象电子像行星绕太阳一样围绕着原子核运动。
但在量子世界里，情况完全不同。
电子的运动并非遵循这样的确定性轨迹，而是具有一定的不确定性和波动性。
不同的原子轨道具有不同的形状和能量。
比如，常见的有 s 轨道、p 轨道、d 轨道和 f 轨道。
s 轨道是球形的，就像一个均匀的球体；p 轨道则呈现哑铃状，有三个相互垂直的取向。
每个原子轨道都对应着特定的能量。
能量越低的轨道，电子越容易占据。
当原子处于基态时，电子会优先填充能量较低的轨道。
那么，电子云又是什么呢？电子云其实是对电子在原子核外空间出现概率的一种形象描述。
想象一下，我们在一段时间内对电子的位置进行多次观测，并将这些位置点记录下来。
如果观测的次数足够多，这些点就会形成一种密集的分布，看起来就像一团“云”，这就是电子云。
电子云的密度表示了电子在某个区域出现的概率大小。
密度越大，电子在该区域出现的概率就越高；密度越小，电子出现的概率就越低。
与原子轨道不同，电子云更侧重于从概率的角度来描述电子的位置。
它并不是说电子真的像云一样弥漫在空间中，而是反映了电子在不同位置出现可能性的分布情况。
为了更直观地表示原子轨道和电子云，科学家们采用了多种方法。
对于原子轨道，通常会使用波函数来描述。
波函数是一个数学表达式，它可以给出电子在不同位置出现的概率幅。
通过对波函数进行平方，可以得到电子出现的概率密度，从而进一步了解原子轨道的特性。
而电子云的表示方法则更加直观。
常见的有电子云图和电子云轮廓图。
电子云图通过不同的颜色或灰度来表示电子云的密度，让我们能够一目了然地看到电子出现概率的分布情况。
1.1.3 泡利原理 洪特规则 最低能量原则
运动状态，为近代量子力学奠定了理论基础。
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。
可用概率密度(ρ)表示，即ρ＝
P V
(P表示电子
在某处出现的概率，V表示该处的体积)。
左图是氢原子1s电子的概 率密度分布图。（这些小点并 不是电子本身）
p电子的原子轨道呈哑铃形，能层序数越大，原子 轨道的半径越大。
三个轨道相互垂直
3.各能级所含有原子轨道数目（牢记） 能级符号 ns np nd nf 轨道数目 1 3 5 7
知识点二：电子排布的轨道表示式
轨道表示式（又称电子排布图）是表述电子排 布的一种图示，例如氧的基态原子的轨道表示 式如下：
想一想
（2）为什么基态氮原子的轨道表示式是 ↑↓ ↑↓
1s 2s
而不是 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
？
1s 2s
规则——泡利原理 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，常用上下箭头(↑和↓)表示 自旋相反的电子。
所以我们得出基态氦原子的轨道表示式 应该是：
He
↑↓ 1s
练一练
请写出Li、Be、B的轨道表示式。
Li
↑↓ ↑ 1s 2s
Be
↑↓ ↑↓ 1s 2s
B
↑↓ ↑↓ ↑ 1s 2s 2p
练一练 请写出基态碳原子的轨道表示式。
请写出基态碳原子可能的轨道表示式。
不满足泡利规则
①C
↑↓ ↑↓ 1s 2s
↑↓ 2p
②C
↑↓ ↑↓ 1s 2s
↑↑ 2p
③C
↑↓ ↑↓ 1s 2s
↑↑ 2p
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第3课时 电子云与原子轨道
问题导学 当堂检测
课前预习导学
KEQIAN YUXI DAOXUE
课堂合作探究
KETANG HEZUO TANJIU
请回答下列问题:
(1)从图中数百万次运动状态的统计结果,你能得出什么结
论? 。
(2)离核越近,电子的能量越
;离核越远,电子的能量
越
。请你说明是怎样得出这一结论
答案:(1)B (2)A (3)A (4)A
第3课时 电子云与原子轨道
问题导学 YUXI DAOXUE
有 4 个电子,则排布成
。
答案:
泡利原理和洪特规则 洪特规则 不正确,因
为 3p 能级上只有 3 个轨道
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迁移训练 2 下列原子的最外层电子排布式(或外围 电子排布图)中,哪一种状态的能量较低?
第 3 课时 电子云与原子轨道
第3课时 电子云与原子轨道
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1.了解原子核外电子的运动规律。 2.了解电子云和原子轨道的含义。 3.掌握泡利原理、洪特规则。
1.通过 s 电子云、p 电子云的轮廓图,加深对电子云、原子轨道含义的理解。 2.学会运用能量最低原理、泡利原理、洪特规则解释核外电子的排布特点 及特殊性质。
答案:有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有 1 个 电子的偏差。因为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, 所以 Cr 的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d54s1。
第3课时 电子云与原子轨道
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一、电子云和原子轨道 活动与探究
1.电子的运动与宏观物体的运动有何不同? 答案:电子及其运动特点可概括为:体积小、质量小、带负电;绕 核转、运动快、测不准(某时刻的位置和速度);(离核的)距离不同、 能量相异、描述几率(电子在核外空间某处出现的几率,即电子云)。 2.讨论电子云图中的小黑点的含义是什么?小黑点的密度表示 什么? 答案:小黑点是电子在原子核外出现的概率密度的形象表述。小 黑点密度越大,表明概率密度越大。
(1)氮原子: (2)钠原子:A.3s1 B.3p1 (3)铬原子:A.3d54s1 B.3d44s2
(4)碳原子:
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解析:本题考查的是核外电子排布遵循的原理。根据洪特规则, 电子在能量相同的各个轨道上排布时尽可能分占不同的原子轨道, 且自旋状态相同,故(1)选 B。(4)选 A;根据能量最低原理,核外电子先 占据能量低的轨道,再占据能量高的轨道,(2)中由于 3s 轨道的能量低 于 3p 轨道的,故选 A;(3)中 A 的 3d 轨道有 5 个电子,为半充满状态, 是相对稳定的状态,所以选 A。
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3.不同能层的同种能级的原子轨道形状是否完全相同呢? 答案:不同能层同种能级的原子轨道形状相似,但不完全相同。 只是原子轨道的半径不同,能级序数 n 越大,电子的能量越大,原子轨 道的半径越大。例如 1s、2s、3s 轨道均为球形,原子轨道半 径:r(1s)<r(2s)<r(3s)。
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迁移与应用
例1
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现代科学研究发现:电子在核外空间所处的位置及其运动速度 不能同时准确测定。为了描述核外电子的运动情况,现代量子力学采 用了统计的方法,即对 1 个电子的多次行为或多电子的一次行为进 行总的研究。右图是对氢原子核外 1 个电子数以百万次的运动状态 统计而得,人们形象化地称之为“电子云”(呈三维对称)。
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(4)多电子原子中,电子填充原子轨道时,原子轨道能量的高低有 以下规律:
①相同电子层不同原子轨道能量的高低:ns<np<nd<nf。 ②电子云形状相同的原子轨道能量的高低:1s<2s<3s<4s…… ③电子层和电子云形状相同的原子轨道的能量相等,如 2px、2py、 2pz 的能量相等。
,你认为是否正确,说明理由 。
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解析:若 3p 能级上有 3 个电子,则它们应排布为
,不能排
布为
,因为这违背了泡利原理(一个轨道最多只能容纳 2 个电
子)和洪特规则(当电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中 的电子总是优先单独占据一个轨道,且自旋状态相同),若 3p 能级上
(2)黑点疏密的程度代表电子在核外空间区域内出现的机会的 多少。点疏的地方表示电子在那里出现的几率小,点密集的地方表示 电子在那里出现的几率大。
(3)离核越近,电子出现的几率越大,电子云越密集。
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答案:(1)一个小方框表示 1 个原子轨道。 (2)每个原子轨道里最多容纳 2 个电子,且自旋状态相反,遵循泡 利原理。 (3)当电子排在同一能级时,总是优先占据不同的轨道而且自旋 状态相同,遵循洪特规则。
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预习交流 2
电子的“自旋”运动是否真像地球的自旋? 答案:原子核外电子有一种称为“自旋”的运动。原子核外电子的 自旋可以有两种不同的状态,通常用向上箭头“↑”和向下箭头“↓”来 表示这两种不同的自旋状态。“电子自旋”并非真像地球绕轴自旋一 样,它只是代表电子的两种不同的运动状态。
迁移训练 1 下列说法中正确的是( )
A.因为 p 电子云是哑铃状的,所以 p 电子的运动形态也为哑铃状 B.能层为 3 时,有 3s、3p、3d 3 个轨道 C.氢原子中只有一个电子,故氢原子只有一个轨道 D.原子轨道与电子云都是用来描述电子运动状态的 解析:p 电子云是哑铃状的,是电子出现频率较高“区域”的形状,
答案:(1)距原子核越近,电子出现的机会越多;距原子核越远,电 子出现的机会越少 (2)低 高 因为离核越近,电子的概率密度越 大,离核越远,电子的概率密度越小 (3)BD
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二、泡利原理和洪特规则 活动与探究
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1.下列表示的是第二周期一些原子的核外电子排布图,请说出 每种符号的意义及从中获得的一些信息。
第3课时 电子云与原子轨道
2.电子云轮廓图:为了表示电子云轮廓的形状,对核外电子的空 间状态有一个形象化的简便描述,把电子在原子核外空间出现概率 P=90%的空间圈出来,即为电子云轮廓图。
第3课时 电子云与原子轨道
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3.电子云的形状 s 电子云呈球形
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解析:电子云中的小黑点,单独看小黑点没什么实际意义,但从 黑点密度的大小上则能说明电子在该区域出现的几率大小。(1)从统 计的结果中分析,距离原子核越近,电子出现的机会越多;距离原子核 越远,电子出现的机会越少。(2)从物质的运动,总是趋于能量最低来 分析,因为离核越近,电子云的密度越大,电子的能量越低,离核越远, 电子云的密度越小,电子的能量越高。(3)电子运动虽然没有宏观物 体那样的运动规律,但也有自身的规律,电子云就是人们对电子运动 规律的形象描述。
第3课时 电子云与原子轨道
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一、电子云与原子轨道 1.电子云:电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外
空间的概率密度分布的形象化描述。小黑点越密,表示概率密度越大。 由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾,因而被形象地称 为电子云。
第3课时 电子云与原子轨道
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