核外电子的运动状态的描述练习
核外电子的运动状态
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）1234567电子层符号KLMNOPQ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1101s2202s12p3303s13p23d4404s14p24d34f对于单电子体系的氢原子来说,各种状态的电子能量只与n有关.但是对于多电子原子来说,由于原子中各电子之间的相互作用,因而当n相同,l不同时,各种状态的电子能量也不同,l愈大,能量愈高.即同一电子层上的不同亚层其能量不同,这些亚层又称为能级.因此副量子数l的第三个物理意义是：它同多电子原子中电子的能量有关,是决定多电子原子中电子能量的次要因素.（三）磁量子数m磁量子数m决定原子轨道（或电子云）在空间的伸展方向.当l给定时,m的取值为从-l到+l之间的一切整数（包括0在）,即0,±1,±2,±3,…±l,共有2l+1个取值.即原子轨道（或电子云）在空间有2l+1个伸展方向.原子轨道（或电子云）在空间的每一个伸展方向称做一个轨道.例如,l=0时,s电子云呈球形对称分布,没有方向性.m只能有一个值,即m=0,说明s亚层只有一个轨道为s轨道.当l=1时,m可有-1,0,+1三个取值,说明p电子云在空间有三种取向,即p亚层中有三个以x,y,z轴为对称轴的px,py,pz轨道.当l=2时,m可有五个取值,即d电子云在空间有五种取向,d亚层中有五个不同伸展方向的d 轨道（图4-7）.图4-7 s,p,d电子云在空间的分布n,l相同,m 不同的各轨道具有相同的能量,把能量相同的轨道称为等价轨道.（四）自旋量子数ms原子中的电子除绕核作高速运动外,还绕自己的轴作自旋运动.电子的自旋运动用自旋量子数ms表示.ms 的取值有两个,+1/2和-1/2.说明电子的自旋只有两个方向,即顺时针方向和逆时针方向.通常用“↑”和“↓”表示.综上所述,原子中每个电子的运动状态可以用n,l,m,ms四个量子数来描述.主量子数n决定电子出现几率最大的区域离核的远近（或电子层）,并且是决定电子能量的主要因素；副量子数l决定原子轨道（或电子云）的形状,同时也影响电子的能量；磁量子数m决定原子轨道（或电子云）在空间的伸展方向；自旋量子数ms决定电子自旋的方向.因此四个量子数确定之后,电子在核外空间的运动状态也就确定了.量子数,电子层,电子亚层之间的关系每个电子层最多容纳的电子数2 8 18 2n^2主量子数n 1 2 3 4电子层K L M N角量子数l 0 1 2 3电子亚层s p d f每个亚层中轨道数目1 3 5 7每个亚层最多容纳电子数2 6 10 14核外电子的分布：1. 原子中电子分布原理：（两个原理一个规则）：(1)、泡利（Pauli）不相容原理在同一原子中,不可能有四个量子数完全相同的电子存在.即每一个轨道最多只能容纳两个自旋方向相反的电子.(2)、能量最低原理多电子原子处于基态时,核外电子的分布在不违反泡利原理前提下,总是尽先分布在能量较低的轨道,以使原子处于能量最低状态.(3)、洪特(Hund)规则原子在同一亚层的等价轨道上分布电子时,尽可能单独分布在不同的轨道,而且自旋方向相同（或称自旋平行）.基态原子中电子的分布1、核外电子填入轨道的顺序应用近似能级图,根据“两个原理一条规则”,可以准确地写出91种元素原子的核外电子分布式来.在110种元素中,只有19种元素原子层外电子的分布稍有例外：它们是若再对它们进一步分析归纳还得到一条特殊规律——全充满,半充满规则：对同一电子亚层,当电子分布为全充满（P6、d10、f14）、半充满（P3、d5、f7）或全空（P0、d0、f0)时,电子云分布呈球状,原子结构较稳定,可挑出8种元素,剩余11种可作例外.多电子原子结构1、核外电子排布三原理（1）泡利不相容原理：解决各电子层电子数目问题.◆在任何一个原子中,决不可能有两个电子具有四个完全相同的量子数,即在同一个原子中,不可能有运动状态完全相同的电子.◆当n一定时,L可取(n-1)个值,而在L限定下,原子轨道可有(2L+1)个伸展方向,即(2L+1)个轨道,而每个轨道可容纳两个电子,所以每层最多容纳电子数为电子层1 2 3 4电子数2 8 18 32（2）最低能量原理：解决电子排布问题◆多电子原子在基态时,核外电子总是尽可能地先占据能量最低的轨道,以使体系能量最低.◆轨道能级规律①当角量子数相同时,随主量子数增加,轨道能级升高1s<2s<3s<4s; 2p<3p<4p<5p; 3d<4d<5d②当主量子数相同时,随角量子数增加,轨道能级升高ns<np<nd<nf③当主量子数与角量子数都不同时,能级次序比较复杂,有时出现“能级交错”现象,即某些主量子数较大的原子轨道其能级可以比主量子数较小的原子轨道低.如4s<3d, 5s<4d , 6s<4f<5d<6p◆鲍林近似能级图鲍林根据大量光谱数据以及某些近似的理论计算,得到了多电子原子的原子轨道能级的近似图能级组：按照能级高低的顺序,把能量相近的能级划成一组,称为能级组.按照1、2、3能级组顺序,能量依次增高.电子分布式：核外电子的分布表达式,如K：Ti：鲍林近似能级顺序并不是所有元素轨道能级的实际顺序,它只不过是表示在考虑电子分布时,随核电荷数的增加的一个电子应分布在一哪一个轨道的一般规律,它不代表核外电子的实际分布情况,如钛原子的近似能级顺序为：而其电子分布式为：（3）洪特规则：解决同一电子层电子排布问题◆处于主量子数和角量子数都相同的轨道中的电子,总是尽先占据磁量子数不同的轨道,而且自旋量子数相同（自旋平行）◆两个电子同占一个轨道,这时电子间的排斥作用会使系统能量升高,两个电子只有分占等价轨道时,才有利于降低系统的能量,所以洪特规则可认为是最低能量原理的补充如P：3P轨道上的3个电子分布应为：↑↑↑（4）特殊情况◆有19种元素原子的电子分布式不完全符合近似能级顺序,如：它们的3d轨道电子分别为10和5,处于全满或半满状态,原子比较稳定,对于p、f轨道,半满状态为p3和f7,全满状态为p6和f14◆外层电子构型即外层电子分布式,对于原子来说：主族元素：最外层的电子分布式,如：副族元素：最外层S电子和次外层d电子的分布式,如：◆元素离子的外层电子构型：当原子失去电子成为阳离子时,一般是能量较高的最外层的电子失去,而且往往引起电子层数的减少.如：当原子得到电子成为阴离子时,电子总是分布在最外电子层上,如：元素离子的外层电子构型（1）8电子构型（2）9~17电子构型（3）18电子构型（4）18+2电子构型</np<nd<nf。
大学无机化学第五章试题及答案
第五章 原子结构和元素周期表本章总目标：1：了解核外电子运动的特殊性，会看波函数和电子云的图形2：能够运用轨道填充顺序图，按照核外电子排布原理，写出若干元素的电子构型。
3：掌握各类元素电子构型的特征4：了解电离势，电负性等概念的意义和它们与原子结构的关系。
各小节目标：第一节：近代原子结构理论的确立 学会讨论氢原子的玻尔行星模型213.6E eV n =。
第二节：微观粒子运动的特殊性1：掌握微观粒子具有波粒二象性（h h P mv λ==）。
2：学习运用不确定原理（2h x P mπ∆•∆≥）。
第三节：核外电子运动状态的描述1：初步理解量子力学对核外电子运动状态的描述方法——处于定态的核外电子在核外空间的概率密度分布（即电子云）。
2：掌握描述核外电子的运动状态——能层、能级、轨道和自旋以及4个量子数。
3：掌握核外电子可能状态数的推算。
第四节：核外电子的排布1：了解影响轨道能量的因素及多电子原子的能级图。
2;掌握核外电子排布的三个原则：○1能量最低原则——多电子原子在基态时，核外电子尽可能分布到能量最低的院子轨道。
○2Pauli 原则——在同一原子中没有四个量子数完全相同的电子，或者说是在同一个原子中没有运动状态完全相同的电子。
○3Hund 原则——电子分布到能量简并的原子轨道时，优先以自旋相同的方式分别占据不同的轨道。
3:学会利用电子排布的三原则进行第五节：元素周期表认识元素的周期、元素的族和元素的分区，会看元素周期表。
第六节：元素基本性质的周期性掌握元素基本性质的四个概念及周期性变化1：原子半径——○1从左向右，随着核电荷的增加，原子核对外层电子的吸引力也增加，使原子半径逐渐减小；○2随着核外电子数的增加，电子间的相互斥力也增强，使得原子半径增加。
但是，由于增加的电子不足以完全屏蔽增加的核电荷，因此从左向右有效核电荷逐渐增加，原子半径逐渐减小。
2：电离能——从左向右随着核电荷数的增多和原子半径的减小，原子核对外层电子的引力增大，电离能呈递增趋势。
4-2 核外电子运动状态的描述
3. 磁量子数 m m 称为磁量子数。 取值 磁量子数 m 取值 受角量子数 l 的影响。
对于给定的 l ，m 可取： 0， 1， 2， 3，… … ， l
共 2 l + 1 个值。
若 l = 2，则 m = 0， 1， 2 共 5 个值。
px 和 py 轨道没有对 应的磁量子数。
以前讲过 波函数称为原子轨道。 有时波函数要经过线性组 合，才能得到有实际意义的原 子轨道。
l = 1，m 有 3 种取值，故 有 3 种不同空间取向的 p 轨道。
l = 2，m 有 5 种取值，故 有 5 种不同空间取向的 d 轨道。
m 取值的数目，与轨道不同 空间取向的数目是对应的。
角动量在 z 轴上的分量 Mz。
Mz 可以由如下公式求得
Mz =
m
h 2
轨道角动量在 z 轴上的分量
Mz =
m
h 2
由于 m 的取值只能是
0， 1， 2， 3，… … ， l ，
所以 Mz 是量子化的。
如 l = 1 时，
h
h
| M | = l（l + 1） 2 = 2 2
m
0 +1 －1
例如 n = 4 时，l 有 4 种取 值，就是说核外第 4 层有 4 种形 状不同的原子轨道：
l = 0 表示 4s 轨道，球形
l = 0 表示 4s 轨道，球形 l = 1 表示 4p 轨道，哑铃形 l = 2 表示 4d 轨道，花瓣形 l = 3 表示 4f 轨道，
由此可知，在第 4 层上，共有 4 种不同形状的轨道。
主量子数 n 只能取 1，2，3，4 ……等正整数，故能量只有不连续的 几种取值，即能量是量子化的。
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氢原子的五次瞬间照相:
电子云演示
氢原子的电子云的特征：
① 呈球形分布
而多电子原子的电子 云则比较复杂。
② 在离核近处密度大, 离核远处密度小.
③ 用小黑点的疏密来形象化描述电子 在原子核周围出现机会多少的图象---------电子云.
电子离核距离 近
能量
低
远 高
2.电子亚层(同一电子层中,电子运动形状不同, 能量也有区别)
四种亚层 S、P、d、 f 形状：s—球形 p-纺锤形 d-花瓣形 f-十字花瓣形
电子层和电子亚层关系 n=1 s亚层 1s n=2 s、p亚层 2s、2p n=3 s、p、d亚层 3s、3p、3d n=4 s、p、d、f亚层 4s、4p、4d、4f
表5-2 稀有气体原子的电子层排布
核电 荷数
2 10 18
36 54 86
元素 名称
氢 氖 氩
氪 氙 氡
元素 符号
He Ne Ar
Kr
Xe Rn
各电子层的电子数
K L MN O Q 2 28 28 8 2 8 18 8 2 8 18 18 8
2 8 18 32 18 8
核外电子排布规律:
（1）能量最低原理 （2）各层最多容纳2n2 个电子 （3）最外层不超过8个（K层2个） （4）次外层不超过18个，倒数第
三层不超过32个。 相互制约，相互联系
三、核外电子排布式与轨道表示方式
核外电子排布的原则
1、泡利不相容原理 同一轨道上最多可容纳电子自旋方向相反
的两个电子。
在同一原子里,没有运动状态完全相同的 两个电子存在。
高二化学选修课7 核外电子运动状态
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 KL MN ……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 ．3B ．6C ．14D ．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-nB ．n-8C ．10-nD ．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+7253．周期表中16号元素和4号元素的原子相比较，前者的下列数据是后者的4倍的是A．电子数B．最外层电子数C．电子层数D．次外层电子数4．某元素原子的最外层电子数是次外层电子数的n倍（n为大于1的自然数），则该元素原子核内的质子数是A．2n B．n+2 C．2n+10 D．2n+25．短周期三种元素X、Y和Z。
核外电子的运动状态.
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112 2 0 2s1 2p3 3 0 3s1 3p2 3d44s14p24d34f对于单电子体系的氢原子来说,各种状态的电子能量只与n有关.但是对于多电子原子来说,由于原子中各电子之间的相互作用,因而当n相同,l不同时,各种状态的电子能量也不同,l愈大,能量愈高.即同一电子层上的不同亚层其能量不同,这些亚层又称为能级.因此副量子数l的第三个物理意义是：它同多电子原子中电子的能量有关,是决定多电子原子中电子能量的次要因素.（三）磁量子数m磁量子数m决定原子轨道（或电子云）在空间的伸展方向.当l给定时,m的取值为从-l到+l之间的一切整数（包括0在内）,即0,±1,±2,±3,…±l,共有2l+1个取值.即原子轨道（或电子云）在空间有2l+1个伸展方向.原子轨道（或电子云）在空间的每一个伸展方向称做一个轨道.例如,l=0时,s电子云呈球形对称分布,没有方向性.m只能有一个值,即m=0,说明s亚层只有一个轨道为s轨道.当l=1时,m可有-1,0,+1三个取值,说明p电子云在空间有三种取向,即p亚层中有三个以x,y,z 轴为对称轴的px,py,pz轨道.当l=2时,m可有五个取值,即d电子云在空间有五种取向,d亚层中有五个不同伸展方向的d轨道（图4-7）.图4-7 s,p,d电子云在空间的分布n,l相同,m 不同的各轨道具有相同的能量,把能量相同的轨道称为等价轨道.（四）自旋量子数ms原子中的电子除绕核作高速运动外,还绕自己的轴作自旋运动.电子的自旋运动用自旋量子数ms表示.ms 的取值有两个,+1/2和-1/2.说明电子的自旋只有两个方向,即顺时针方向和逆时针方向.通常用“↑”和“↓”表示.综上所述,原子中每个电子的运动状态可以用n,l,m,ms四个量子数来描述.主量子数n决定电子出现几率最大的区域离核的远近（或电子层）,并且是决定电子能量的主要因素；副量子数l决定原子轨道（或电子云）的形状,同时也影响电子的能量；磁量子数m决定原子轨道（或电子云）在空间的伸展方向；自旋量子数ms决定电子自旋的方向.因此四个量子数确定之后,电子在核外空间的运动状态也就确定了.量子数,电子层,电子亚层之间的关系每个电子层最多容纳的电子数2 8 18 2n^2主量子数n 1 2 3 4电子层K L M N角量子数l 0 1 2 3电子亚层s p d f每个亚层中轨道数目1 3 5 7每个亚层最多容纳电子数2 6 10 14核外电子的分布：1. 原子中电子分布原理：（两个原理一个规则）：(1)、泡利（Pauli）不相容原理在同一原子中,不可能有四个量子数完全相同的电子存在.即每一个轨道内最多只能容纳两个自旋方向相反的电子.(2)、能量最低原理多电子原子处于基态时,核外电子的分布在不违反泡利原理前提下,总是尽先分布在能量较低的轨道,以使原子处于能量最低状态. (3)、洪特(Hund)规则原子在同一亚层的等价轨道上分布电子时,尽可能单独分布在不同的轨道,而且自旋方向相同（或称自旋平行）.基态原子中电子的分布1、核外电子填入轨道的顺序应用近似能级图,根据“两个原理一条规则”,可以准确地写出91种元素原子的核外电子分布式来.在110种元素中,只有19种元素原子层外电子的分布稍有例外：它们是若再对它们进一步分析归纳还得到一条特殊规律——全充满,半充满规则：对同一电子亚层,当电子分布为全充满（P6、d10、f14）、半充满（P3、d5、f7）或全空（P0、d0、f0)时,电子云分布呈球状,原子结构较稳定,可挑出8种元素,剩余11种可作例外.多电子原子结构1、核外电子排布三原理（1）泡利不相容原理：解决各电子层电子数目问题.◆在任何一个原子中,决不可能有两个电子具有四个完全相同的量子数,即在同一个原子中,不可能有运动状态完全相同的电子.◆当n一定时,L可取(n-1)个值,而在L限定下,原子轨道可有(2L+1)个伸展方向,即(2L+1)个轨道,而每个轨道可容纳两个电子,所以每层最多容纳电子数为电子层1 2 3 4电子数2 8 18 32（2）最低能量原理：解决电子排布问题◆多电子原子在基态时,核外电子总是尽可能地先占据能量最低的轨道,以使体系能量最低.◆轨道能级规律①当角量子数相同时,随主量子数增加,轨道能级升高1s<2s<3s<4s;2p<3p<4p<5p; 3d<4d<5d②当主量子数相同时,随角量子数增加,轨道能级升高ns<np<nd<nf③当主量子数与角量子数都不同时,能级次序比较复杂,有时出现“能级交错”现象,即某些主量子数较大的原子轨道其能级可以比主量子数较小的原子轨道低.如4s<3d, 5s<4d , 6s<4f<5d<6p◆鲍林近似能级图鲍林根据大量光谱数据以及某些近似的理论计算,得到了多电子原子的原子轨道能级的近似图能级组：按照能级高低的顺序,把能量相近的能级划成一组,称为能级组.按照1、2、3能级组顺序,能量依次增高.电子分布式：核外电子的分布表达式,如K：Ti：鲍林近似能级顺序并不是所有元素轨道能级的实际顺序,它只不过是表示在考虑电子分布时,随核电荷数的增加的一个电子应分布在一哪一个轨道的一般规律,它不代表核外电子的实际分布情况,如钛原子的近似能级顺序为：而其电子分布式为：（3）洪特规则：解决同一电子层电子排布问题◆处于主量子数和角量子数都相同的轨道中的电子,总是尽先占据磁量子数不同的轨道,而且自旋量子数相同（自旋平行）◆两个电子同占一个轨道,这时电子间的排斥作用会使系统能量升高,两个电子只有分占等价轨道时,才有利于降低系统的能量,所以洪特规则可认为是最低能量原理的补充如P：3P轨道上的3个电子分布应为：↑↑↑（4）特殊情况◆有19种元素原子的电子分布式不完全符合近似能级顺序,如：它们的3d轨道电子分别为10和5,处于全满或半满状态,原子比较稳定,对于p、f轨道,半满状态为p3和f7,全满状态为p6和f14◆外层电子构型即外层电子分布式,对于原子来说：主族元素：最外层的电子分布式,如：副族元素：最外层S电子和次外层d电子的分布式,如：◆元素离子的外层电子构型：当原子失去电子成为阳离子时,一般是能量较高的最外层的电子失去,而且往往引起电子层数的减少.如：当原子得到电子成为阴离子时,电子总是分布在最外电子层上,如：元素离子的外层电子构型（1）8电子构型（2）9~17电子构型（3）18电子构型（4）18+2电子构型</np<nd<nf。
1-1原子核外电子的运动状态
（2）和l一起共同决定轨道的数目
• ψn,l,m 表明了:
(1)轨道的大小(电子层的数目, 电 子距离核的远近), 轨道能量高低; (2)轨道的形状; (3)轨道在空间分布的方向 结论： 利用三个量子数可以描述一个 电子的空间运动状态，即可将一个原 子轨道描述出来.
下面结合主量子数n值和l值来判定具体的代表轨道
• n • 1 • 2 • 3
l 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3
• 4
代表轨道 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
每层轨道种类(能级） 1种 2种 3种
4种
磁量子数m
• •l 轨道 空间运动状态 m=－l,· · · 0,· · · +l 共有（2l+1)个值. 类型 的数目 例如：l=2, m=0,±1,±2 • • 0 意义: 0 S 1个 • • 1 (1) 决定原子轨道在空间的取向 0, ±1 p 3个 • 2 一个取值表示一个空间伸展方向。 0, ±1,±2 d 5个 如：l=1, m=0,±1;则p轨道有3个伸展方 向， • 3 0, ±1,±2,±3 f 7个
将直角坐标三变量 x，y，z 变换成球坐标三变量 r，， 。 r OP 的长度 ( 0 — ) OP 与 z 轴的夹角 ( 0 — ) OP 在 xoy 平面内的投影 OP′ 与 x 轴的夹角 ( 0 — 2 ) 根据 r，， 的定义，有 x = r sin cos y = r sin sin z = r cos r2 = x 2 + y 2 + z2
2 2 2 82 m ( E V) 0 2 2 2 2 x y z h
核外电子的运动状态-教学案例
6.2核外电子的运动状态原子核外电子运动其实并没有固定的轨道，只是存在一个几率分布，用波函数来描述其运动情况，电子的运动呈现波粒二象性。
波粒二象性（英语：Wave-particle duality）是微观粒子的基本属性之一。
指微观粒子有时显示出波动性（这时粒子性不显著），有时又显示出粒子性（这时波动性不显著），在不同条件下分别表现为波动和粒子的性质。
一切微观粒子都具有波粒二象性。
在十九世纪末，日臻成熟的原子论逐渐盛行，根据原子理论的看法，物质都是由微小的粒子——原子构成。
比如原本被认为是一种流体的电，由约瑟夫·汤姆孙的阴极射线实验证明是由被称为电子的粒子所组成。
因此，人们认为大多数的物质是由粒子所组成。
而与此同时，波被认为是物质的另一种存在方式。
波动论已经被相当深入地研究，包括干涉和衍射等现象。
由于光在托马斯·杨的双缝实验中，以及夫琅禾费衍射中所展现的特性，明显地说明它是一种波动。
不过在二十世纪来临之时，这个观点面临了一些挑战。
1905年，由阿尔伯特·爱因斯坦研究的光电效应展示了光粒子性的一面。
随后，电子衍射被预言和证实了。
这又展现了原来被认为是粒子的电子波动性的一面。
这个波与粒子的困扰终于在二十世纪初由量子力学的建立所解决，即所谓波粒二象性。
他提供了一个理论框架，使得任何物质在一定的环境下都能够表现出这两种性质。
量子力学认为自然界所有的粒子，如光子、电子或是原子，都能用一个微分方程，如薛定谔方程来描述。
这个方程的解即为波函数，它描述了粒子的状态。
波函数具有叠加性，即，它们能够像波一样互相干涉和衍射。
同时，波函数也被解释为描述粒子出现在特定位置的机率幅。
这样，粒子性和波动性就统一在同一个解释中。
之所以在日常生活中观察不到物体的波动性，是因为他们皆质量太大，导致德布罗意波长比可观察的限度要小很多，因此可能发生波动性质的尺度在日常生活经验范围之外。
这也是为什么经典力学能够令人满意地解释“自然现象”。
核外电子运动状态.
二、原子核外电子运动状态的描述 （三）磁量子数（m）
2px,2py,2pz能量是否相同?
磁量子数(m)与电子的能量无关。
2px,2py,2pz这三个原子轨道的能量相同 对于n、l相同,m不同，即同一电子层、同一电子亚层不 同伸展方向的轨道，互称为等价轨道或简并轨道。
二、原子核外电子运动状态的描述 （四）自旋量子数（ms）
药用基础化学/物质结构
核外电子的运动状态
原子结构
原子的组成
质子（Z） 原子核 原子 核外电子 如：2H2+ O2 = 2H2O 在物质的化学变化过程中，反应前后元素的 种类不变，即原子核并不发生改变，只是原子的 核外电子发生了偏移或得失。因此化学中认识的 原子的结构主要是原子的核外电子的运动。 中子(N)
l=0，s亚层
l=1，p亚层
l=2 ，d亚层
二、原子核外电子运动状态的描述 （三）磁量子数（m）
意义：代表原子轨道在核外空间的伸展方向,用符号m表示 。 取值：给定l，m可以取-l到+l的2l+1个数值，即
0，±1,±2,±3,…… ±l，︱m︱≤l 每个m值，代表原子轨道的一个伸展方向。l亚层有(2l+1) 个m值，就有(2l+1)个伸展方向的原子轨道。 n=2,l=1 ， m =0,+1,-1 ,m 有 3 个数值，表示第二电子层的 p 亚层有三个伸展方向的轨道，分别用2px,2py,2pz表示。
原子结构
以氢原子核外一个电子的运动为例
一、电子云的概念
电子云：以小黑
点的疏密程度表示 电子在原子中概率 大小的图像。
原子轨道：电子在原子核外出现概率密度较
大的区域形象地称为“原子轨道”。
二、原子核外电子运动状态的描述 （一）主量子数（电子层数）
钠核外电子的空间运动状态
钠原子的核外电子在空间上的运动状态可以用轨道来描述。
根据费米子统计学说，在一个电子的轨道内，只能出现一个电子。
钠原子有十一个电子，这些电子可以分别填充到三个能级中的五个轨道里。
其中，第一能级有两个轨道，第二能级有八个轨道，第三能级有一个轨道。
当钠原子的核外电子被填充到这些轨道之后，这些电子的空间运动状态就已经确定了。
例如，当十一个电子分别填充到第一能级的两个轨道，第二能级的八个轨道和第三能级的一个轨道之后，钠原子的核外电子就构成了十一个轨道，这些轨道的空间运动状态就确定了。
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1
核外电子排布规律和波尔原子模型
课后复习：
1、填空：
第几电子层 什么亚层 轨道式 最多容纳电子数
2s
3d
4f
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、以下能级符号正确的是： （ ）
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、3py和3pz D、2px和3px
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
2
15、下列有关认识正确的是： （ ）
A、各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7
B、各电子层的能级都是从s能级开始至f能级结束
C、各电子层含有的能级数为 n-1 D、各电子层含有的电子数为2n2
16、以下对核外电子运动状况的描述中正确的是： （ ）
A、电子的运动与行星相似，围绕原子核在固定的轨道上高速旋转
B、能量低的电子只能在s轨道上运动，能量高的电子总是在f轨道上运动
C、电子层序数越大，s原子轨道的半径越大
D、在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定不同
17、对原子核外电子以及电子的运动，下列描述正确的是： （ ）
①可以测定某一时刻电子所处的位置 ②电子质量很小且带负电荷
③运动的空间范围很小 ④高速运动 ⑤有固定的运动轨道 ⑥电子的质量约为质子质量的1/1836
A、①②③ B、②③④⑥ C、③④⑤⑥ D、⑤⑥
18、下列电子层中，包含有f能级的是： （ ）
A、K电子层 B、L电子层 C、M电子层 D、N电子层
19、基态原子电子排布为1s22s2sp63s23p1的元素最可能的价态是： （ ）
A、+1 B、+2 C、+3 D、-1
20、下面哪一种说法最符合泡利不相容原理： （ ）
A、需要用四个不同的量子数来描述原子中的每一个电子
B、在原子中，具有一组相同的量子数的电子不能多于一个
C、充满一个电子层需要8个电子 D、电子必须沿着椭圆轨道运动
21、若某基态原子的外围电子排布为4d15s2，则下列说法正确的是：（ ）
A、该元素基态原子中共有3个电子 B、该元素原子核外有5个电子层
C、该元素原子最外层共有3个电子 D、该元素原子M能层共有8个电子
22、按能量由低到高的顺序排列，正确的一组是：（ ）
A、1s、2p、3d、4s B、1s、2s、3s、2p
C、2s、2p、3s、3p D、4p、3d、4s、3p
23、当镁原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2时，以下认识正确的是：（ ）
A、镁原子由基态转化成激发态，这一过程吸收能量
B、镁原子由基态转化成激发态，这一过程中释放能量
C、转化后位于p能级上的两个电子处于同一轨道，且自旋方向相同
D、转化后镁原子与硅原子电子层结构相同，化学性质相似
24、下列价电子表示正确的是：（ ）
A、铜：3d104s1 B、钙：3d2 C、钠：3s1 D、铁：3d64s2
25、已知某元素+2价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p6，该元素在周期表中属于：（ ）
A、ⅤB 族 B、ⅡB族 C、Ⅷ族 D、ⅡA族
26、写出下列元素基态原子的电子排布式
⑴ N ⑵ Ne
⑶ S ⑷ Ca
⑸Cu29 ⑹Ge32 _
3
27、下表列出了核电荷数为21~25的元素的最高正化合价，回答下列问题：
元素名称 钪 钛 钒 铬 锰
元素符号 Sc Ti V Cr Mn
核电荷数 21 22 23 24 25
最高正价 +3 +4 +5 +6 +7
⑴ 写出下列元素基态原子的核外电子排布式：
Sc ；Ti ；V_ ；Mn
⑵ 已知基态铬原子的电子排布是1s22s22p63s23p63d54s1,而不是1s22s22p63s23p63d44s2，当你遇到这样的问题
时，你的态度是：
⑶ 对比上述五种元素原子的核外电子排布与元素的最高正化合价，你发现的规律是： ；
28、指出下列元素是主族元素还是副族元素，位于周期表中第几周期第几族
⑴ 1s22s22p63s23p5
⑵ [Kr]4d105s25p2
⑶ [Ar]3d34s2
⑷ [Ar]3d104s1
⑸ [Ar]4s1