化学构造原理
泡利不相容原理、洪特规则、构造原理
一、基态与激发态原子光谱1.基态与激发态处于最低能量的原子叫做基态原子(ground state atom)，基态是原子最基本的状态，是稳定的状态；当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子(excited atom)；激发态原子不稳定，电子又会跃迁到能量较低的能级，并释放能量；其转化关系如下：光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一，在日常生活中，我们看到的许多可见光，如灯光、激光、焰火……都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关；2.原子光谱atomic spectrum①原子光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱；②发射光谱(emission spectrum)是暗色背景的明亮谱线，吸收光谱(absorption spectrum)则是明亮背景的暗色谱线，两者谱线一一对应(因为两个能级之间电子跃迁，吸收的能量和释放的能量相同)；※铯cesium，1860年发现，其光谱图中有特征的蓝光，在拉丁语里，铯的含意是天蓝色；※铷rubidium，1861年发现，其光谱图中有特征的红光，在拉丁语里，铷的含意是深红色；※氦helium，1868年分析太阳光谱发现的，来源于希腊文，原意是“太阳”；③原子光谱的应用不同元素产生不同的原子光谱，在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析(spectrum analysis)，历史上，利用光谱分析也曾发现了许多新元素；二、构造原理与电子排布式1.多电子原子核外电子的排布顺序在多电子原子中，电子在能级上的排布顺序是：电子最先排布在能量低的能级上，然后依次排布在能量较高的能级上；2.构造原理aufbau principle随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素原子的核外电子是按照如图所示的能级顺序填充的，填满一个能量低的能级后，再填一个能量高的新能级，这种规律称为构造原理；3.能级交错现象energy level overlap phenomenon由构造原理可知，从第三能层开始各能级不完全遵循能层顺序，产生了能级交错排列，即产生“能级交错”现象；【产生原因：钻穿效应、屏蔽效应】【H原子由于核外只有一个电子，没有屏蔽效应，不存在能级交错，所以能级的能量高低只取决于主量子数；对于3d、4s、4p，显然3d小于4s等于4p】4.电子排布electronic configuration①根据构造原理可表示出一些元素原子的电子排布式，先按能量由低到高的顺序依次写出能级符号，再用数字在能级符号右上角表明各能级上排布的电子数，这就是原子的电子排布式；【在书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，不能按填充顺序写，例如钪Sc的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d14s2，而不能按照填充顺序先写4s2后写3d1】②电子排布式的简化写法为了避免电子排布式过于繁琐，可以把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应的稀有气体元素符号外加方括号表示，例如：K的电子排布式可表示为：[Ar]4s1，其中[Ar]叫1三、泡利原理、洪特规则、能量最低原理1.电子自旋与泡利原理spin of the electron & Pauli exclusion principle①电子自旋spin of the electron量子力学告诉我们，电子除了空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋；电子自旋可比喻成地球的自转；电子的自旋有顺时针和逆时针两种相反的状态，常用上下箭头“↑”“↓”表示；【电子自旋(spin of the electron)是电子的基本性质之一，属于量子物理学科，电子自旋先由实验上发现，然后才由狄拉克(Dirac)方程从理论上导出的】【自旋量子数(spin quantum number)是描述电子自旋运动的量子数，自旋磁量子数用m s表示，即↑代表正方向自旋电子，↓代表逆方向自旋电子】②泡利原理Pauli exclusion principle1925年，泡利正式提出，在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子(通常称为电子对)，而且它们的自旋状态相反，称为泡利原理(也称泡利不相容原理)；Pauli，1900--1958 Dirac，1902--1984 Hund，1896--19972.电子排布图原子核外电子排布可利用电子排布图来表示，这是用方框(或圆圈)和箭头表明核外电子排布的另一种方法，也叫轨道表示式；每一个方框表示一个轨道，能量相同的轨道连在一起，与电子排布式相比，它具有轨道上自旋方向和成键时电子变化明晰的特点，但是稍微麻烦些，书写时先写元素符号，再根据能量最低原理、泡利原理、洪特规则等书写，例如：3.洪特规则Hund rule基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行，称为洪特规则；洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子；【洪特规则特例】在等价轨道(同一能级)上的电子排布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，具有较低的能量和较大的稳定性，可以理解为洪特规则特例；例如：铬(24Cr)：[Ar]3d54s1正确，[Ar]3d44s2错误；铜(29Cu)：[Ar]3d104s1正确，[Ar]3d94s2错误；4.能量最低原理lowest energy principle①基态是能量最低的状态，基态原子的电子排布式能量最低的原子轨道组合；②在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低，这就是能量最低原理lowest energy principle；③多电子原子的核外电子要先占据能量低的能层，在能量低的能层中又优先占据能量低的能级，然后再依次进入能量较高的能层，这样使整个原子处于最低的能量状态，原子轨道能量的高低依据构造原理来判断；5.补充：26Fe：1s2 2s2sp6 3s23p63d6 4s2①电子的运动状态=电子数；(26)②电子的空间运动状态=电子所占的轨道数；(15)③电子的运动范围=能层数；(4)④电子的能量=能级数；(7)。
1.1.2构造原理与电子排布式
➢人教版（2019）选择性必修二 第一章 原子结构与性质 第一节 原子结构
源于 光谱 学事 实
➢ 思考与讨论6
铬和铜的价层电子排布式分别有如下两种写法，哪一个正确？正确的那个 符不符合构造原理？如不符合，又是根据什么填充电子的？
铬 根据构造原理：3d44s2
根据光谱：3d54s1
铜 3d94s2 × 3d104s1 √ 不符合构造原理！
②价层电子排布式： 省略其他电子，只书写价层能级电子的排布式。
如： 元素原子 价层电子排布式
Fe
3d64s2
③元素周期表只给出价层电子排布式。如：
学习评价：写出Na、Al、Cl 、Zn 、Br价层电子排布式。
➢人教版（2019）选择性必修二 第一章 原子结构与性质 第一节 原子结构
➢ 思考与讨论5
氦氖
氩
氪
氙
氡
气 奥
1s2 2s22p6 3s23p6 4s24p6 5s25p6 6s26p6 7s27p6
(1)稀有气体最外层电子排布通式： ns2np6(氦除外)
稀有气体最外层电子排布特点：
最外能层都只有s和p两个能级，且都已排满（8个）(氦除外)——相对稳 定结构。
➢ 思考与讨论2
当原子序数较大时，书写电子排布式比较繁索，如溴的电子排布式为：
小结1:重难点知识显性化 原子结构的表征方法
原子结构 示意图
意义 将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子 实例
电子排布式
简化电 子排布式
意义 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
实例 繁琐，把内层电子达 意义 到稀有气体结构的部分以相应稀有气体的元素符号
元素
电子排布
3.1.1.2 能层、能级与构造原理
三. 构造原理与电子排布式
应用反馈
练习5： X元素的＋1价阳离子的核外电子排布与 氩原子相同，则X元素的原子核外电子的电子排 布式为__________。 练习6：A元素原子的M电子层比次外层少2个电 子。B元素原子核外L层电子数比最外层多7个 电子。 （1）A元素的元素符号是 B元素的原子结构示意图为____________ （2）A、B两元素形成化合物的化学式及名称 分别是 。
因3d10为全充满稳定，因此需要将4s2的一个电子调 整到3d能级，得
1s22s22p63s23p64s13d10
(3d10为全充满稳定，4s1为半充满稳定)。
再将同一层的排到一起，即该原子的电子排布式 为： 1s22s22p63s23p63d104s1。
提示：书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，不能按填充 顺序写。
故K的电子层结构可表示为： [Ar]4s1， 其中[Ar]代表Ar的核外电子排布结构，即1s22s22p63s23p6。
再如Fe的简化电子排布式为：[Ar]3d64s2。
练习1： 写出1～36号元素的原子核外电子排布简式
构造原理是书写基态原子核外电子排布式的依据。
三. 构造原理与电子排布式
应用反馈
再将同一层的排到一起，即该原子的电子排布 式为： 1s22s22p63s23p63d54s1 (3d5、4s1均为半充满稳定)。
构造原理是书写基态原子核外电子排布式的依据。
三. 构造原理与电子排布式
电子排布式的书写
如：29Cu， 先按能量从低到高排列为：
1s22s22p63s23p64s23d9，
如：26Fe， 先按能量从低到高排列为： 1s22s22p63s23p64s23d6
构造原理与电子排布式
构造原理与电子排布式构造原理与电子排布式是现代化学和物理学领域的重要基础知识，它涉及到原子和分子的结构、电子的排布规律以及化学键的形成等重要概念。
本文将从构造原理和电子排布式的基本概念入手，介绍其在化学和物理学中的重要作用和应用。
首先，我们来介绍一下构造原理的基本概念。
构造原理是指原子核和电子之间的相互作用规律，它是现代量子力学理论的基础。
根据构造原理，原子核由质子和中子组成，而电子则围绕原子核以特定的轨道运动。
构造原理还指出，每个轨道最多只能容纳一定数量的电子，且电子的排布是按照一定的规律进行的。
接下来，我们将介绍电子排布式的基本原理。
电子排布式是指电子在原子轨道中的分布规律，它遵循一定的能级和轨道分布规律。
根据电子排布式的原理，我们可以通过填充轨道的方式来描述原子和分子的结构，进而理解化学键的形成和化学反应的进行。
构造原理和电子排布式在化学和物理学中有着重要的应用。
首先，它们为我们解释了原子和分子的结构，揭示了物质的微观本质。
其次，构造原理和电子排布式为我们提供了理论基础，帮助我们理解化学键的形成和化学反应的进行。
此外，它们还为我们提供了设计新材料和开发新技术的理论指导，对材料科学和化学工程领域具有重要意义。
除此之外，构造原理和电子排布式还有着广泛的实际应用价值。
在材料科学领域，我们可以通过对原子和分子结构的理解，设计出具有特定性能的新材料，如高温超导材料、光电材料等。
在化学工程领域，我们可以通过控制化学反应的进行，实现对目标产物的高效合成。
总之，构造原理与电子排布式是现代化学和物理学领域的重要基础知识，它们为我们理解物质的微观结构和性质提供了重要的理论基础，具有广泛的应用价值。
通过深入学习和理解构造原理和电子排布式，我们可以更好地理解化学和物理现象，为材料科学和化学工程领域的发展做出更大的贡献。
aufbau构造原理
aufbau构造原理aufbau构造原理是一种化学原理，用于描述原子轨道填充的顺序和能级分布。
这个原理是由德国化学家阿尔弗雷德·奥夫包提出的，因此得名为aufbau构造原理（aufbau是德语中"建立"的意思）。
aufbau构造原理是建立在量子力学理论的基础上的。
根据量子力学的观点，原子的电子存在于一系列的能级中，每个能级可以容纳一定数量的电子。
这些能级按照一定的顺序排列，高能级的能量比低能级的能量要高。
根据aufbau构造原理，原子的电子填充顺序是从低能级到高能级，每个能级先填满一个电子，然后再填满第二个电子，以此类推。
这种填充顺序是根据电子在原子中的自旋和角动量来决定的。
具体来说，根据aufbau构造原理，首先填充的是最低能级的s轨道。
s轨道可以容纳最多2个电子。
当s轨道填满之后，接下来填充的是p轨道。
p轨道可以容纳最多6个电子，每个p轨道分为三个不同的子轨道，分别是px、py和pz轨道。
在填充p轨道时，每个子轨道先填满一个电子，然后再依次填满第二个和第三个电子。
当s和p轨道填满之后，接下来填充的是d轨道。
d轨道可以容纳最多10个电子，分为五个不同的子轨道，分别是dx²-y²、dz²、dxy、dyz和dxz轨道。
在填充d轨道时，每个子轨道先填满一个电子，然后再依次填满第二个、第三个，以此类推。
填充的是f轨道。
f轨道可以容纳最多14个电子，分为七个不同的子轨道，分别是fx²-y²、fz²、fxyz、fyz²、fzx²、fy³z和fz³轨道。
在填充f轨道时，每个子轨道先填满一个电子，然后再依次填满第二个、第三个，以此类推。
通过aufbau构造原理，我们可以确定每个原子的电子填充顺序和能级分布。
这对于理解原子的化学性质和反应机理非常重要。
根据这个原理，我们可以预测原子的化学性质，以及原子之间的相互作用。
【测控指导】2021版高中化学人教版选修3课件：1.1.1能层与能级构造原理
第一课时 能层与能级 构造原理
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点拨此题中的D选项是一个易错点,在排布电子时,从低能级|||开始 填充,填满了低能级|||再填充较高能级|||,所以在填充时各能层最 |||多填充2n2个电子,如当某个能层是最|||外层时最|||多只能填 充8个电子(K层最|||多2个) .
(6)1s22s22p63s23p63d104s2 解析:根据原子核外电子排布所遵循的原理书写原子的电子排布 式,同时应注意从3d能级|||开始出现 "能级|||交错〞现象 .
-19-
-17-
第一课时 能层与能级 构造原理
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典例透析
点拨当比较不同能层、不同能级|||的能量上下时,要注意能级||| 交错现象 .
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第一课时 能层与能级 构造原理
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电子排布式的书写
【例题3】 写出以下原子的电子排布式:
一二三
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一、原子的诞生 宇宙中最|||丰富的元素是氢 .地球上的元素大多数是金属,非金 属元素(包括稀有气体)仅22种 .
-4-
第一课时 能层与能级 构造原理
一二三
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典例透析
二、能层与能级||| 1.核外电子排布的一般规律 (1)原子核外各电子层最|||多容纳2n2个电子; (2)原子最|||外层电子不能超过8个(K层为最|||外层时不能超过2 个); (3)次外层电子不能超过18个(K层为次外层时不能超过2个),倒 数第三层电子不能超过32个; (4)核外电子总是尽量先排布在能量最|||低的电子层,然后由里向 外依次排布在能量逐步升高的电子层 .
不符合构造原理的元素基态原子
不符合构造原理的元素基态原子引言在化学中，元素基态原子是指元素的最稳定且非离子化的形态。
构造原理指的是基于量子力学的电子排布规则，以保持电子云的稳定性。
然而，存在一些元素基态原子不符合构造原理的情况，本文将介绍一些常见的不符合构造原理的元素基态原子。
主体氦（H e）氦是第一种不符合构造原理的元素基态原子。
根据构造原理，氦应具有电子排布为1s^2。
然而，在氦的基态原子中，它只有两个价电子，没有展开式的电子排布。
锂（L i）锂是另一个不符合构造原理的元素基态原子。
基于构造原理，锂的电子排布应为1s^22s^1。
然而，在锂的基态原子中，它却只有一个价电子，而不是两个。
硼（B）硼是第三种不符合构造原理的元素基态原子。
据构造原理，硼的电子排布应为1s^22s^22p^1。
然而，在硼的基态原子中，它只有三个价电子，而不是四个。
铝（A l）铝也是一种不符合构造原理的元素基态原子。
根据构造原理，铝的电子排布应为1s^22s^22p^63s^23p^1。
然而，在铝的基态原子中，它只有三个价电子，而不是四个。
铜（C u）铜是另一种不符合构造原理的元素基态原子。
基于构造原理，铜的电子排布应为1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^9。
然而，在铜的基态原子中，它的电子排布是1s^22s^22p^63s^23p^64s^13d^10，其中一个d 电子从4s轨道转移到了3d轨道，以在电子排布中形成满的3d轨道。
结论尽管构造原理提供了描述元素基态原子电子排布的模型，但存在一些元素无法完全符合该原理。
氦、锂、硼、铝和铜是常见的不符合构造原理的元素基态原子示例。
这些离经叛道的元素基态原子引发了对构造原理的深入研究和探索，进一步丰富了化学领域的知识。
1.1.2构造原理与电子排布式-选择性必修二
电子排布式的书写 3．特殊原子的核外电子排布式 当p、d、f能级处于全空、全充满或半充满状态时，能量相对较低，原子结构较稳定。 (1)24Cr的电子排布式的书写
半充满
(2)29Cu的电子排布式的书写
全充满
【典例1】下列有关认识,正确的是 ( )
A.各能级s、p、d、f可容纳的电子数按顺序分别为1、3、5、7的二倍
F 1s22s22p5 [He] 2s22p5
2s1 2s22p4 2s22p5
Si 1s22s22p63s23p2 [Ne] 3s23p2 3s23p2
P 1s22s22p63s23p3 [Ne] 3s23p3 3s23p3
K 1s22s22p63s23p64s1 [Ar] 4s1
4s1
Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 [Ar] 3d54s1 3d54s1
源于光谱学事实
原子 元素 序数 名称
23 钒 24 铬 25 锰 26 铁 27 钴 28 镍 29 铜 30 锌
元素 电子排布式
符号 K
L
M
V 1s2 2s22p6 3s23p6
Cr 1s2 2s22p6 3s23p6
Mn 1s2 2s22p6 3s23p6
Fe 1s2 2s22p6 3s23p6
猜想二：
√ 1s22s22p63s23p64s1
学习 目标
第2课时 构造原理与电子排布式
PART
01
了解原子结构的构造原理,学会书写基态原子的
核外电子排布式。
PART
02 通过认识原子核外电子排布,能辨识原子核外电子的能层、 能级分布及其能量的关系。
一、构造原理
1.含义：
以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序称为构 造原理。
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化学构造原理
化学构造原理
1. 什么是化学构造原理？
化学构造原理是化学学科的一个相对应的基本理论，旨在解释物质的微观结构及其相互作用的机理。
它包括描述原子之间的力学关系、电子结构及由其衍生的相互作用，以及利用能量学、热力学及光学方法探讨物质的反应机理。
它系统地研究各种物质的形成方式，以及各类原子和分子之间的性质差异及相互作用，从而构建出能够解释任何一种大及微观物质及其相互作用的理论模型。
2. 化学构造原理的三大支柱
化学构造原理由三大支柱构成：化学键理论、作用力理论及结构力学理论。
化学键理论是基础性的研究理论，用于描述原子形成分子键以及其变化的机理；作用力理论则研究物质的作用力及其影响；结构力学理论则关注原子与分子之间的结构变化及影响分子性质的因素。
3. 化学构造原理的用途
化学构造原理可用于分析和模拟物质的变化，从而系统地分析分析物
质的组成、性质、易变性及物理强度。
同时，它也可应用于研究有机物质及它们如何构成，以及这些知识变成工程实践的项目等研究。
此外，通过分析化学构造原理解释了许多化学现象，如固体的键类、溶液的形成及构成等，从而为物质的进一步研究提供了理论依据。
4. 化学构造原理的研究领域
化学构造原理在许多领域都被广泛应用，包括材料学、解剖学、生物化学、分子生物学、以及理论化学等研究领域。
它们可用来开发新材料及药物，探索人体内有机分子的变化机理，甚至可以通过计算机模拟反应及有机分子结构以优化它们的行为，满足特定环境中的各种物质需求。