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1、奥林匹克化学竞赛辅导奥林匹克化学竞赛辅导2021/8/9 星期一11803年，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是化学变化中不可再分的他认为原子是化学变化中不可再分的实心球体实心球体。2021/8/9 星期一2原子是一个平均分布着正电荷的原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了电荷，从而形成了中性原子。和了电荷，从而形成了中性原子。英国物理学家英国物理学家汤姆生（汤姆生（J.J.Thomson，1856-1940）枣糕模型枣糕模型2021/8/9 星期一3根据粒子散射实验根据粒子散射实验,卢瑟福提出卢瑟
2、福提出了带核的原子结构模型了带核的原子结构模型,原子由原子核原子由原子核和电子构成和电子构成,电子在核周围做高速运动电子在核周围做高速运动,就像行星围绕太阳运转一样。就像行星围绕太阳运转一样。2021/8/9 星期一41913年，丹麦物理学家玻尔丹麦物理学家玻尔提出的原子结构模型，提出的原子结构模型，他认为核外电子是他认为核外电子是分层分层排布的。排布的。2021/8/9 星期一5电电 子子 云云现代原子结构学说现代原子结构学说2021/8/9 星期一6近近代代原原子子论论发发现现电电子子带带核核原原子子结结构构模模型型轨轨道道原原子子结结构构模模型型电电子子云云模模型型2021/8/9 星期
3、一7原原子子XAZ原子核原子核核外电子核外电子质子质子中子中子Z个个（AZ）个）个Z个个质子数质子数质子数质子数=核外电子数核外电子数核外电子数核外电子数=核电荷数核电荷数核电荷数核电荷数=原子序数原子序数原子序数原子序数+）质量数（质量数（质量数（质量数（A A）质子数（质子数（质子数（质子数（Z Z）中子数（中子数（中子数（中子数（N N=一、原子的组成一、原子的组成2021/8/9 星期一8二、核外电子的运动二、核外电子的运动1、核外电子的运动特点、核外电子的运动特点质量小（约为质子质量的质量小（约为质子质量的1/1836倍）倍）运动速率快（运动速率快（=2200kms-1，约为光速，约
4、为光速的的1%）运动空间小（约为运动空间小（约为10-10m）绕核作高速运动，不能同时确定其位置和绕核作高速运动，不能同时确定其位置和速度，即没有确定的轨道。速度，即没有确定的轨道。2021/8/9 星期一92、电子云、电子云电子云是电子在原子核外空间概率密度分布的电子云是电子在原子核外空间概率密度分布的形象描述，电子在原子核外空间的某区域内出形象描述，电子在原子核外空间的某区域内出现，好像带负电荷的云笼罩在原子核的周围，现，好像带负电荷的云笼罩在原子核的周围，人们形象地称它为人们形象地称它为“电子云电子云”。核外电子的运动与宏观物体运动不同，没有确核外电子的运动与宏观物体运动不同，没有确定的
5、方向和轨迹，只能用电子云描述它在原子定的方向和轨迹，只能用电子云描述它在原子核外空间某处出现机会的大小。核外空间某处出现机会的大小。（1）概念）概念2021/8/9 星期一10氢原子电子云氢原子电子云图像中每一个小黑图像中每一个小黑点表示电子出现在点表示电子出现在核外空间中的一次核外空间中的一次概率（不表示一个概率（不表示一个电子！）概率密度电子！）概率密度越大电子云图像中越大电子云图像中的小黑点越密，离的小黑点越密，离核近处，黑点密度核近处，黑点密度大，电子出现机会大，电子出现机会多，离核远处，电多，离核远处，电子出现机会少。子出现机会少。2021/8/9 星期一112021/8/9 星期一
6、12（2）形状）形状电子云有不同的形状，分别用符号电子云有不同的形状，分别用符号s、p、d、f表示，表示，s电子云呈球形，在半径相同的球面电子云呈球形，在半径相同的球面上，电子出现的机会相同，上，电子出现的机会相同，p电子云呈纺锤电子云呈纺锤形形(或无柄哑铃形或无柄哑铃形)，d电子云是花瓣形，电子云是花瓣形，f电电子云更为复杂。子云更为复杂。2021/8/9 星期一13（3）电子云轮廓图）电子云轮廓图2021/8/9 星期一14三三、电子运动状态的描述、电子运动状态的描述1.能层（电子层）：能层（电子层）：能层能层一一 二二三三四四五五六六七七符号符号KLM NO PQ最多最多电子电子2818
7、3250总结：每能层最多容纳电子数为总结：每能层最多容纳电子数为 2n2描述电子离核远近及能描述电子离核远近及能量高低量高低2021/8/9 星期一152、能级（电子亚层）：、能级（电子亚层）：.任一能层中能级数能层序数任一能层中能级数能层序数 且总是从且总是从s开开始始.各能级所容纳的电子数各能级所容纳的电子数:1、3、5、7的的2倍倍电子亚层电子亚层 s p d f 形形 状球形状球形 纺锤形纺锤形 花瓣形花瓣形 多花瓣形多花瓣形电子数电子数 2 6 10 14描述原子轨道的形状及能量的高低描述原子轨道的形状及能量的高低2021/8/9 星期一163、原子轨道在空间伸展方向、原子轨道在空间
8、伸展方向 s、p、d、f轨道在空间有不同的伸展方轨道在空间有不同的伸展方向向,决定了决定了s、p、d、f各轨道的数目和形状各轨道的数目和形状.电子亚层电子亚层 s p d f g h空间伸空间伸展方向展方向1 3 5 7 9 11 轨道数轨道数1 3 5 7 9 11 2021/8/9 星期一174、原子轨道、原子轨道即电子云轮廓图即电子云轮廓图2021/8/9 星期一18P能级的原子轨道图能级的原子轨道图2021/8/9 星期一19d原原子子轨轨道道图图2021/8/9 星期一204、电子的自旋方向、电子的自旋方向核外电子有两种自旋方向核外电子有两种自旋方向:顺时针和逆时针顺时针和逆时针20
9、21/8/9 星期一21现代物质结构理论证实原子的电子排布遵循现代物质结构理论证实原子的电子排布遵循构造原理，能使整个原子的能量处于最低状构造原理，能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。处于最低能量的原态，简称能量最低原理。处于最低能量的原子叫做子叫做基态原子基态原子。基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成较高能级，变成激发态原子激发态原子，例如电子会从，例如电子会从1s跃迁到跃迁到2s、6p 五、基态原子的核外电子排布五、基态原子的核外电子排布1、基态原子和激发态原子、基态原子和激发态原子2021/8/9 星期一222、能层与能
10、级、能层与能级多电子原子的核外电子的能量是不同的，一多电子原子的核外电子的能量是不同的，一般由里向外能量依次升高。所以可以将核外般由里向外能量依次升高。所以可以将核外电子按电子的能量差异分成不同的能层。电子按电子的能量差异分成不同的能层。它它描述电子离核远近及能量高低描述电子离核远近及能量高低EKELEMENEOEPEQ2021/8/9 星期一233、构造原理、构造原理（基态原子的电子排布式书写（基态原子的电子排布式书写）在多电子原在多电子原子中，原子子中，原子的核外电子的核外电子并不完全按并不完全按能层次序排能层次序排布。绝大多布。绝大多数元素的原数元素的原子核外电子子核外电子的排布遵循的排
11、布遵循如图所示的如图所示的能级顺序，能级顺序，称为构造原称为构造原理。理。2021/8/9 星期一244、核外电子排布原则、核外电子排布原则（1）能量最低原理）能量最低原理电子在原子轨道上的分布，要尽可能使电子电子在原子轨道上的分布，要尽可能使电子的能量最低。的能量最低。每个原子轨道最多只能容纳两个电子，而且每个原子轨道最多只能容纳两个电子，而且它们的自旋相反。即它们的自旋相反。即没有运动状态完全相同没有运动状态完全相同的两个电子存在的两个电子存在。（2）Pauli不相容原理不相容原理2021/8/9 星期一25在在能能量量相相同同的的等等价价轨轨道道(p轨轨道道,d轨轨道道)上上，电电子子总
12、总是是以以自自旋旋方方向向相相同同的的方方式式单单独独占占据据一一个个轨轨道道(即即:在在等等价价轨轨道道上上，自自旋旋方方向向相相同同的成单电子越多，体系越稳定的成单电子越多，体系越稳定)。（3）Hund规则规则（4）Hund规则的特例规则的特例在在同同一一能能级级的的等等价价轨轨道道上上，当当电电子子全全充充满满、半半充充满满、全全空空时时能能量量较较低低，体体系系较较稳稳定定。如如s2、p3、p6、d5、d10 等等轨轨道道，原原子子结结构构都都是比较稳定。是比较稳定。2021/8/9 星期一26钾钾K：1s22s22p63s23p64s1；钙钙Ca：1s22s22p63s23p64s2
13、；钪钪Sc：1s22s22p63s23p63d14s2；钛钛Ti：1s22s22p63s23p63d24s2；钒钒V：1s22s22p63s23p63d34s2；铬铬Cr：1s22s22p63s23p63d54s1；锰锰Mn：1s22s22p63s23p63d54s2；铁铁Fe：1s22s22p63s23p63d64s2；钴钴Co：1s22s22p63s23p63d74s2；镍镍Ni：1s22s22p63s23p63d84s2；铜铜Cu：1s22s22p63s23p63d104s1；锌锌Zn：1s22s22p63s23p63d104s2；写出第四周期写出第四周期1936号元素原子的基态电子排号
14、元素原子的基态电子排布式布式K Ar4s1Ca Ar4s2CuAr3d104s1 原子中，原原子中，原子核及除价子核及除价电子以外的电子以外的内层电子组内层电子组成成原子实原子实 2021/8/9 星期一27镓镓Ga：1s22s22p63s23p63d104s24p1；锗锗Ge：1s22s22p63s23p63d104s24p2；砷砷As：1s22s22p63s23p63d104s24p3；硒硒Se：1s22s22p63s23p63d104s24p4；溴溴Br：1s22s22p63s23p63d104s24p5；氪氪Kr：1s22s22p63s23p63d104s24p6；2021/8/9 星
15、期一28 根据上述电子排布原理，可写出全部元素的电子结构式 必须指出：电子排布“三原理”是电子排布的一般规律。但是，随着原子序数的增大，电子排布会更为复杂，使一些元素的电子排布与上述的“三原理”不太相符。例 46号元素Pd的电子结构式：Kr4d105s0 41号元素铌Nb的电子结构式：Kr4d45s1 对此，应以事实为依据，不能自行更改，更不能因此而全盘否定上述的三原理。2021/8/9 星期一29轨道表示式轨道表示式 用来表示原子核外电子排布的一种图式。用来表示原子核外电子排布的一种图式。轨道表示式可以体现泡利不相容原理、轨道表示式可以体现泡利不相容原理、能量最低原理和洪德规则等原子核外电能量最低原理和洪德规则等原子核外电子的排布规律。子的排布规律。例如，氮原子的轨道表例如，氮原子的轨道表示式是示式是 在轨道表示式中，用每个方框（或圆圈）在轨道表示式中，用每个方框（或圆圈）表示一个轨道，用表示一个轨道，用和和表示电子的不同表示电子的不同自旋状态自旋状态2021/8/9 星期一302021/8/9 星期一31