电子层原子轨道三
原子电子轨道与xps
先排能量低的电子层，再由里往外排能量高的电子层。
每层最多容纳2nE2个电子。
最外层电子不超过8个，次外层不超过18个，导数第三层不超过32个。
电子分别在能量不同的区域内运动，这种不同的区域成为电子层（n），也叫能层。
能级（电子亚层）同一能层的电子能量也可能不同，将它们分为不同的能级。
（s、p、d、f）能级数也就是能层序数。
如：第三能层有三个能级，第四能层有四个能级。
每个能级都是从s能级开始，各个能级最多容纳的电子数依次为1、3、5、7运用量子学，电子云表示电子出现个概率。
电子云的轮廓图（90%）定义为原子轨道。
能级原子轨道图。
S能级为球形，能层序数越大原子轨道越大，只有一个轨道。
P能级原子轨道d能级有五个原子轨道电子排布规则，按照最低能量原理，尽可能是电子能量最低。
电子排布规则，泡利不相容原理，一个原子轨道最多容纳2个电子，且自旋方向相反。
电子排布规则，洪特规则，当电子排布在同一能的不同轨道时，总先单独占一个轨道，（即分站不同的轨道），并且自旋方向相同。
元素相互化合，可理解为原子间产生化学作用力，形象地称为化学键，原子中用于形成化学键的电子称为键合电子。
原子中的电子既有轨道运动又有自旋运动，他们存在着耦合，使得能级发生分裂，除s 级不发生分裂外，其他能级均分裂为两个能级，在xps谱图中出现双峰。
电子结合能Eb：一个自由原子或者离子的结合能，等于将此电子从所在的能级转移到无限远处所需要的能量。
即为光子的入射能量hv及其测得的电子动能Ek求出。
对于固体材料，电子的结合能定义为把电子从所在的能级转移到费米能级（0K时固体能带中充满电子的最高能级）所需要的能量。
固体中电子从费米能级跃迁到自由电子能级（真空能级）所需要的能量成为逸出功，即功函数。
电子结合能Eb，逸出功Ws，自由电子动能Ek。
Xps谱图横坐标是电子的结合能eV，纵坐标是光电子线的相对强度cps。
另外图谱中还有一些俄歇线。
OKLL表示氧的俄歇谱线XPS分析中一般用低能量的软X射线激发光电子，如AL和Mg的Ka线。
比较下列多电子原子的原子轨道能量的高低⑴2s2p4s3s3p4p2s
（三）电子自旋：
电子不仅在核外空间不停地运动，而且还做自旋 运动。电子的自旋有两种状态，通常采用↑↓ 来表示电子的不同自旋状态。电子自旋并非像地 球绕轴自旋，只是代表电子的两种不同状态。
电子平行自旋： ↑↑ 电子反向自旋： ↑↓
原子核外电子的运动特征
知识回忆：原子核外电子的运动有哪些特点？
1.可用统计(图示)的方法研究电子在核外出现的几率。 电子在核外空间一定范围内出现，好像带负电荷的云 雾笼罩在原子核周围，人们形象的称为电子云。 电子云图中小黑点的疏密表示电子出现的机会大小， 与其成正比关系。
思考：
我们已经知道电子是分层排布的，那么是什么原因导致
2．伸展方向
相同形状的原子轨道还可有不同的伸展方向，伸展方 向决定该种类型轨道的个数。
s轨道是球形对称的，只有1个轨道。
p轨道在空间有x、y、z3个伸展方向，所以p轨道含3 个轨道，分别记作：px、py、pz。 d轨道有5个伸展方向，即d轨道含5个轨道。
f轨道有7个伸展方向，即f轨道含7个轨道。
电子层 1 2
n
1
2
3
4
电子层 第一 第二 第三第四 Nhomakorabea原子轨道 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
1．原子轨道物理意义：表示电子云的形状。
轨道类型不同，轨道的形状也不同。人们用小写的 英文字母s、p、d、f分别表示不同形状的轨道
轨道符号 s
p
d
f g ···
轨道形状 球形 纺锤形 花瓣型 ··· ··· ···
子
运
动
原子核外电子排布
③ 1s 2s
2p
29
1s 1 氢 2 氦 3 4 5 6 10 13 14 18 19 20 锂 铍 硼 碳 氖 铝 硅 氩 钾 钙 H He Li Be B C Ne Al Si Ar K Ca Sc 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
2s
2p
3s
3p
3d
4s
每个电子层最多可容纳的电子数为 2n2
K
轨道数 电子数
L
M
N
1 2
4 8
9 18
16 32
8
2、能量最低原理
体系的能量越低越稳定
9
2、能量最低原理
电子排布时
总是先占据能量较低的原子轨道，
当能量较低的原子轨道占满后，
电子再依次进入能量较高的原子轨道
怎样判断原子轨道能量的高低呢？
10
(1) 原子轨道的能量主要是由电子层 和电子亚层决定的
16
(2) 电子在原子轨道中的排布顺序
电子排布式：
22s22p63s23p5 Cl 原子： 1s 17
所有能级均写出，体现排布全貌；
书写格式： ①元素符号； ②轨道符号(带电子层数) ③电子个数(右上角)
17
N：1s2 2s2 2p3 Z = 26 Fe：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2
Fe3+ [Ar] 3d 5
21
22
(2) 电子在原子轨道中的排布顺序
若要表示电子自旋方向，可用原子轨道图式表示：
轨道表示式：
17Cl：
1s
2s
2p
3s
3p
23
电子结构式
25
原子核外电子运动特征
1.电子层：
电子层： K L M N O P Q
离核远近：近
远
能量高低：低
高
1234567 K LMN O P Q
2. 原子轨道
量子力学研究表明，处于同一电子层的原 子核外电子，也可以在不同类型的原子轨道上 运动。
原子轨道与宏观物体的运动轨迹不同，它是指量子力学 描述电子在原子核外空间运动的主要区域。
价电子排布为4s24p4，
电子排布式 [Ar]3d105s25p4
属P区
练习
4. 有下列四种轨道：①2s、②2p、③3p、
④4d，其中能量最高的是 （ D ）
A. 2s B. 2p C. 3p D. 4d
练习
5. 用“＞”“＜”或“＝”表示下列各组 多电子原子的原子轨道能量的高低
⑴ 3s ＜3p ⑶ 3s ＜3d
⑵ 2p＝x 2py ⑷ 4s ＞3p
练习
6. 比较下列多电子原子的原子轨道能量的 高低
f区元素
最后1个电子填充在f轨道上，价电子构
型是：（n－2）f 0～14ns2,或(n – 2)f 0～14 (n－1)d 0～2ns2，它包括镧系和锕系元素
（各有14种元素）。
【规律总结】
1、周期数=电子层数
2、主族元素： 族序数=原子的最外层电子数=价电子数
副族元素： 大多数族序数=（n-1)d+ns的电 子数=价 电子数
6S2
3d104s1－2 4S24p1 －5 4S24p6 4d105s1－2 5S25p1 －5 5S25p6 5d106s1－2 6S26p1 －5 6S26p6
按照电子排布，可把周期表的元素划 分为5个区：s区、d区、ds区、p区、f区。
电子层排布
电子层electronic shell电子层，或称电子壳，是原子物理学中，一组拥有相同主量子数n的原子轨道。
电子在原子中处于不同的能级状态，粗略说是分层分布的，故电子层又叫能层。
电子层可用n（n=1、2、3…）表示，n=1表明第一层电子层（K层），n=2表明第二电子层（L层），依次n=3、4、5时表明第三（M层）、第四（N层）、第五（O 层）。
一般随着n值的增加，即按K、L、M、N、O…的顺序，电子的能量逐渐升高、电子离原子核的平均距离也越来越大。
电子层可容纳最多电子的数量为2n^2。
电子层不能理解为电子在核外一薄层空间内运动，而是按电子出现几率最大的区域，离核远近来划分的。
亨利·莫斯莱和巴克拉首次于X-射线吸收研究的实验中发现电子层。
巴克拉把它们称为K、L和、M(以英文子母排列)等电子层（最初K 和L 电子层名为 B 和A，改为K 和L 的原因是预留空位给未发现的电子层）。
这些字母后来被n值1、2、3等取代。
电子层（electronic shell）的名字起源于波尔模式中，电子被认为一组一组地围绕著核心以特定的距离旋转，所以轨迹就形成了一个壳。
电子在原子核外排布时，要尽可能使电子的能量最低。
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、4s、3d、4p……当原子处在基态时，原子核外电子的排布遵循三个原则：(1)泡利不相容原理(2)能量最低原理(3)洪特规则泡利不相容原理我们已经知道，一个电子的运动状态要从4个方面来进行描述，即它所处的电子层、电子亚层、电子云的伸展方向以及电子的自旋方向。
在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电子存在，这就是保里不相容原理所告诉大家的。
根据这个规则，如果两个电子处于同一轨道，那么，这两个电子的自旋方向必定相反。
价电子轨道排布式
2p6
3s2
3p6
3d10
4s2 4p5
35 溴 Br 35 基态电子 ↑↓ ↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓ ↑
轨道排布
式 1s 2s 2p 3s 3p
3d 4s 4p
基态电子 排布式
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s2 4p6
36 氪 Kr 36 基态电子 ↑↓ ↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓
质子 数
价电子轨道排布式
11 钠 Na 11
↑ 3s
12
镁
Mg
12
↑↓ 3s
13
铝
Al
13
↑↓ 3s
↑
3p
14
硅
Si
14
↑↓ 3s
↑
3
15 磷
P
15
↑↓ 3s↑↑ 3p来自↑ 3p↑16 硫
S
16
↑↓ ↑↓ 3s
↑ 3p
↑
17
氯
Cl
17
↑↓ ↑↓ ↑↓
3s
3p
↑
18
氩
Ar
18
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
3s
3p
周 期
原 子 序 数
元 素 名 称
元 素 符 号
质 子 数
K
L
1s 2s 2p 3s
电子层 M
3p
3d
4s
基态电子 排布式
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
4s1
29 铜 Cu 29 基态电子 ↑↓ ↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓ ↓
原子轨道&&电子排布
原子轨道&&电子排布电子排布电子排序，即电子组态，也即电子构型，是指电子在原子、分子或其他物理结构中的每一层电子层上的排序及排列形态。
正如其他基本粒子，电子遵从量子物理学，而不是一般的经典物理学；电子也因此有波粒二象性。
而且，根据量子物理学中的《哥本哈根诠释》，任一特定电子的确实位置是不会知道的（轨道及轨迹放到一旁不计），直至侦测活动进行使电子被侦测到。
在空间中，该测量将会检测的电子在某一特定点的概率，和在这一点上的波函数的绝对值的平方成正比。
电子能够由发射或吸收一个量子的能量从一个能级跃迁到另一个能级，其形式是一个光子。
由于包利不相容原理，没有两个以上的电子可以存在于某个原子轨道（轨道不等于电子层）；因此，一个电子只可跨越到另有空缺位置的轨道。
知道不同的原子的电子构型有助了解元素周期表中的元素的结构。
这个概念也有用于描述约束原子的多个化学键。
在散装物料的研究中这一理念可以说明激光器和半导体的奇特性能。
原子轨道的种类作为薛定谔方程的解，原子轨道的种类取决于主量子数（n）、角量子数（l）和磁量子数（m l）。
其中，主量子数就相当于电子层，角量子数相当于亚层，而磁量子数决定了原子轨道的伸展方向。
另外，每个原子轨道里都可以填充两个电子，所以对于电子，需要再加一个自旋量子数（m s），一共四个量子数。
n可以取任意正整数。
在n取一定值时，l可以取小于n的自然数，m l可以取±l。
不论什么轨道，m s都只能取±1/2，两个电子自旋相反。
因此，s轨道（l=0）上只能填充2个电子，p轨道（l=1）上能填充6个，一个轨道填充的电子数为4l+2。
具有角量子数0、1、2、3的轨道分别叫做s轨道、p轨道、d轨道、f轨道。
之后的轨道名称，按字母顺序排列，如l=4时叫g轨道。
排布的规则电子的排布遵循以下三个规则：构筑原理整个体系的能量越低越好。
一般来说，新填入的电子都是填在能量最低的空轨道上的。
原子轨道表示式1～36
原子轨道表示式1～36原子轨道表示式（atomicorbitalnotation）是一种结构化方法，可以用来描述原子轨道。
它将原子轨道的属性，特别是它们的轨道能量和组成结构用1号至36号的数字来表示。
这36个表示法称为原子轨道表示式1号至36号。
原子轨道表示式被用来描述原子的结构，可以用来描述原子的属性，特别是它们的轨道能量和组成结构。
原子轨道表示式有三种不同的形式：1号至4号，5号至18号以及19号至36号。
1号至4号是最常用的表示法，它们可以用来描述原子电子结构中每个轨道中所具有的能量。
它们将原子电子结构分解成一系列的表示法，用1号至4号的数字来表示。
它们是1s、2s、2p、3s、3p和4s。
5号至18号的表示法则可用来描述每个原子电子层结构中的能量水平和电子配对状态。
它们将原子电子结构分解成一系列表示法，用5号至18号的数字来表示。
它们是5s、5p、6s、6p、7s、7p、8s、8p、9s、9p、10s、10p、11s、11p、12s、12p、13s、13p、14s、14p、15s、15p、16s、16p、17s、17p、18s。
最后，19号至36号的表示法可以用来描述电子态结构中的能量水平和电子配对状态，主要用于描述二重态和三重态结构。
它们将原子电子结构分解成一系列的表示法，用19号至36号的数字来表示。
它们是19s、19p、20s、20p、21s、21p、22s、22p、23s、23p、24s、24p、25s、25p、26s、26p、27s、27p、28s、28p、29s、29p、30s、30p、31s、31p、32s、32p、33s、33p、34s、34p、35s、35p、36s。
原子轨道表示式是一种理论模型，可以用来描述原子的结构，揭示它们的物理性质。
该模型可以以1号至36号的表示法来描述原子轨道的属性，特别是它们的轨道能量和组成结构。
原子轨道表示式使得原子电子层结构能够更容易地理解和掌握，并且在电子学、材料科学以及其他相关领域都起着非常关键的作用。
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原子结构示意图：
镁原子 （Mg )
原子核 质子数 电子层 该层上的电子数
第一层 倒数第一层 最外层 次外层 电子层数为_______层。
原子核外电子的运动特征
依据上页的原子结构示意图，回忆你 所知道的原子的核外电子排布规律。
电子云 ·
分层运动（排布）； 离核越远； 能量越高。
1234567 K LMNOPQ
（4）电子自旋：
原子核外电子还有一种称为“自旋” 的运动。
原子核外电子的自旋可以有两种不 同的状态，通常人们用向上箭头“↑” 和向下箭头“↓”来表示这两种不同的 自旋状态。
每个轨道最多只能容纳两个自旋状 态不同的电子
总结：各电子层包含的原子轨道数目和可容纳的电子数
电子层
1 2
原子轨 道类型
1s
2s，2p
只有s轨道，记作1s。 第二电子层：有二种形状，
有二种类型轨道，分别记作2s、 2p。 第三电子层：有三种形状，分别是：球形，纺锤形，花瓣形，
有三种类型轨道。分别记作3s，3p，3d。 第四电子层：有四种形状，决定有四种类型轨道。
记作4s，4p，4d，4f
原子轨道种类数与电子层序数相等，即n层有n种轨道。
专题2 原子结构与元素的性质
第一单元 原子核外电子的运动
灌南高级中学高二化学组
原子核外电子的运动特征
可用统计（图示）的方法研究电子在核外出现的概率。 电子云——电子在核外空间一定范围内出现的机会的大小， 好像带负电荷的云雾笼罩在原子核周围，人们形象的称为电 子云。
电子云图中小黑点的疏密表示___________。
动动脑
1、下列轨道含有轨道数目为3的是
A、1s √B、2p √C、3p D、4d
2、3d轨道中最多容纳电子数为
A、2 √B、 10 C、 14
D、 18
3、第三电子层含有的轨道数为
A、3 B、 5 C、 7 √D、 9
4.第二电子层最多含有的电子数是
A、2 B、4 √C、 8 D、10
氢原子电子云的特点: （1）呈球形对称。 （2）在离核近处密度大，离 核远处密度小。 （3）在离核近处单位体积的 空间电子出现的机会多，在 离核远处单位体积的空间电 子出现的机会少。
在多电子原子中，原子核外电子的运动状态 不同，人们从以下四个方面描述原子核外电 子的运动状态。
• 一、电子层 • 二、原子轨道 • 三、原子轨道伸展方向 • 四、电子的自旋状态
原子核外电子的运动特征
一、电子层（又称能层）n：
在含有多个电子的原子中，电子的能量往往是不 同的。人们根据电子的能量差异和主要运动区域的不 同，认为核外电子分别处于不同的电子层上。
电子层序数 1 2
3
（n）
4
5
6
7
符号
KL
M
N
O
P
Q
离核越来越远，能量越来越高
实验和量子力学研究表明，处 于同一电子层的原子核外电子，也 可以在不同类型的原子轨道上运动。
形状相同的原子轨道在原子核外空间 还有不同的伸展方向。
三、轨道的伸展方向：
物理意义：表示电子云在空间的伸展方向。与能量无关。
s轨道是球形对称的，只有 p轨道在空间有x、y、z3个伸展方向，
1个轨道
所以p轨道含3个轨道，分别记作：px、py、pz。
d轨道有5个伸展方向，有5个轨道， f轨道有7个伸展方向，有7个轨道。
原子轨道 数目
1
3d
9
18
4
4s，4p，4d， 4f
16
32
n
—
n2
2n2
各原子轨道的能量高低：
多电子原子中，电子填充原子轨道时，原子 轨道能量的高低存在如下规律：
①相同电子层上原子轨道能量的高低：
ns < np < nd < nf
②形状相同的原子轨道能量的高低： 1s < 2s < 3s < 4s……
③电子层和形状相同的原子轨道的能量相 等，如2px、2py、2pz轨道的能量相等。
2px＝2py＝2pz
练习1：
比较下列多电子原子的原子轨道的能量 高低：
(1)1s 2s 3s 4s (2)nf nd ns np
(3)3px 3py 3pz (4)3px 5py 4pz (5)3s 4p (6) 4s 3p
二、原子轨道——电子亚层
物理意义：表示电子云的形状。
用s、p、d、f分别表示不同形状的轨道。 轨道的类型不同，轨道的形状也不同。
s轨道：球形
p轨道：纺锤形
d原子轨道是花瓣形的； f轨道形状更复杂。
原子核外电子的运动特征
原子轨道的表示方法： 表示为ns，np，nd，nf等。 第一电子层：只一种形状——球形对称，