核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

1、ZK高一化學(xué)K1 第四講 閱讀材料核外電子運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：電子質(zhì)量很小，9.1095×10-31 kg電子運(yùn)動(dòng)空間很小，1×10-10 m電子運(yùn)動(dòng)速度很快，3×108 m/s核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（拓展）一、【知識(shí)梳理】電子在原子核外很小的空間內(nèi)作高速運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律跟一般物體不同，它們沒(méi)有確定的軌道。因此，我們不能同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定電子在某一時(shí)刻所處的位置和運(yùn)動(dòng)的速度，也不能描畫出它的運(yùn)動(dòng)軌跡。那么，如何描述原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)呢？一、電子云科學(xué)上應(yīng)用統(tǒng)計(jì)的原理，以每一個(gè)電子在原子核外空間某處出現(xiàn)機(jī)會(huì)的多少，來(lái)描述原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。電子在核外空間一定范圍內(nèi)出現(xiàn)，好象帶負(fù)

2、電荷的云霧籠罩在原子核的周圍，所以我們形象地稱它為“電子云”。見(jiàn)下圖。 在電子云示意圖中，小黑點(diǎn)表示電子出現(xiàn)的次數(shù)，小黑點(diǎn)的疏密（電子云密度）表示電子出現(xiàn)的幾率。氫原子電子云： 球形；氫原子電子云示意圖 離核近，電子云密度大，表示電子出現(xiàn)幾率大； 離核遠(yuǎn)，電子云密度小，表示電子出現(xiàn)幾率小。 為了便于理解，我們假想有一架特殊的照相機(jī)給氫原子照相。先給某個(gè)氫原子拍五張照片，得到下圖所示的不同的圖象。圖中表示原子核，一個(gè)小黑點(diǎn)表示電子在這里出現(xiàn)一次。氫原子的五次瞬間照相給氫原子拍上成千上萬(wàn)張照片，研究每一張照片會(huì)使我們獲得這樣一個(gè)印象：電子運(yùn)動(dòng)毫無(wú)規(guī)律，一會(huì)兒在這里出現(xiàn)，一會(huì)兒在那里出現(xiàn)。如果我們將

3、這些照片疊印，就會(huì)看到如圖所示的圖象。圖象說(shuō)明將若干張氫原子瞬間照相疊印的結(jié)果，對(duì)氫原子的照片疊印張數(shù)越多，就越能使人形成一團(tuán)電子云霧籠罩原子核的印象，這團(tuán)“電子云霧”呈球形對(duì)稱，在離核越近處密度越大，離核越遠(yuǎn)處密度越小。原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以從四個(gè)方面進(jìn)行描述：1電子層 在含有多個(gè)電子的原子里，電子的能量并不相同，電子運(yùn)動(dòng)的區(qū)域也不相同，能量低的電子通常在離核近的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，能量高的電子通常在離核遠(yuǎn)的區(qū)域運(yùn)動(dòng)。根據(jù)電子的能量差異和通常運(yùn)動(dòng)區(qū)域離核的遠(yuǎn)近不同，可以將核外電子分成不同電子層。離核最近的為第一層，離核稍遠(yuǎn)的為第二層，依次類推，由近及遠(yuǎn)為三、四、五、六、七層，用符號(hào)K、L、M、N、

4、O、P、Q表示。2電子亞層和電子云的形狀科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在同一電子層中，電子的能量還稍有差別，電子云的形狀也不相同。根據(jù)這個(gè)差別，又可以把一個(gè)電子層分成一個(gè)或幾個(gè)亞層，分別用s、p、d、f等符號(hào)表示。s電子云為球形，p電子云為紡錘形，d電子云為花瓣形，f電子云為更復(fù)雜的花瓣形，它們均以原子核為對(duì)稱中心。形狀越復(fù)雜，電子的能量越高。每個(gè)電子層所轄亞層數(shù)不等，K電子層只有一個(gè)s亞層，L電子層有s、p兩個(gè)亞層，M電子層有s、p、d三個(gè)亞層，N電子層有s、p、d、f四個(gè)亞層。在同一個(gè)電子層，亞層電子的能量是按s、p、d、f的次序遞增的。3電子云的伸展方向（軌道）電子云不僅有確定的形狀，而且有一定的伸展方

5、向。S電子云是球形對(duì)稱的，在空間各個(gè)方向上伸展的程度相同；p電子云有三種伸展方向；d電子云有五種伸展方向；f電子云有七種伸展方向。如右圖。在一定的電子層上，具有一定形狀和伸展方向的電子云所占據(jù)的空間稱為一個(gè)軌道。電子亞層可再細(xì)分為“軌道”。每個(gè)電子亞層所轄軌道數(shù)不等，s亞層只有1個(gè)軌道，p亞層有3個(gè)軌道，d亞層有5個(gè)軌道，f亞層有7個(gè)軌道。4電子的自旋電子不僅在核外空間不停地運(yùn)動(dòng)，而且還作自旋運(yùn)動(dòng)。電子自旋有兩種狀態(tài)，相當(dāng)于順時(shí)針和逆時(shí)針兩種方向。每個(gè)軌道最多容納2個(gè)自旋方向相反的電子。同一軌道中的2個(gè)電子稱成對(duì)電子，若一個(gè)軌道中只有1個(gè)電子，該電子被稱為單電子。表2-3是各電子層上的電子亞層

6、數(shù)、軌道數(shù)和最多容納電子數(shù)。表2-3電子層（n）電子亞層軌道數(shù)（n2）最多容納電子數(shù)（2n2）K1s12L2s、2p1+38M3s、3p、3d1+3+518（不可能出現(xiàn)在最外層）N4s、4p、4d、4f1+3+5+732（不可能出現(xiàn)在最外層和次外層）O5s、5p、5d、5f1+3+5+7P6s、6p、6d、6f1+3+5+7Q7s、7p、7d、7f1+3+5+7核外電子的能量 電子層核外電子的運(yùn)動(dòng)區(qū)域核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 電子亞層電子云的伸展方向電子的自旋原子核外電子排布規(guī)律核外電子排布必須遵循泡利不相容原理、能量最低原理和洪特規(guī)則。泡利不相容原理：在同一個(gè)原子中，不可能有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的兩個(gè)

7、電子存在（即運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子在同一原子里是不能并存的、是互不相容的）。由此推論：同一原子中每一個(gè)軌道上只能容納兩個(gè)自旋方向相反的兩個(gè)電子。能量最低原理：在不違背泡利不相容原理的前提下，核外電子總是盡先占有能量最低的軌道，只有當(dāng)能量較低的軌道占滿后，電子才依次進(jìn)入能量較高的軌道。在同一電子層上，各亞層的能量順序?yàn)閚snpndnf；當(dāng)電子層不同，電子亞層相同時(shí)，其能量順序?yàn)?s2s3s4s，2p3p4p，3d4d5d，4f5f6f。對(duì)于不同電子層的不同電子亞層，其能量高低較為復(fù)雜。見(jiàn)下圖多電子原子電子所處的能級(jí)示意圖。從圖中可以看出，從第三電子層起就出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象。如，3d的能量似乎應(yīng)該低

8、于4s，而實(shí)際上E3dE4s。因此，按能量最低原理，電子是先排4s，再排3d。由于能級(jí)交錯(cuò)，在次外層未達(dá)最大容量之前，已出現(xiàn)了最外層，而且最外層未達(dá)最大容量時(shí)，又進(jìn)行次外層電子的填充，所以原子最外層和次外層電子數(shù)一般達(dá)不到最大容量。能級(jí)交錯(cuò)：電子層數(shù)較大的某些軌道的能量反低于電子層數(shù)較小的某些軌道能量的現(xiàn)象。洪特規(guī)則：電子在進(jìn)入同一亞層時(shí)，將盡可能分占不同的軌道，且自旋方向相同。量子力學(xué)證明，電子這樣排布可使能量最低。同時(shí)洪特為此又歸納出一種特例：對(duì)于同一電子亞層，當(dāng)電子的排布為全充滿、半充滿或全空時(shí)，是比較穩(wěn)定的。即：全充滿 p6或d10或f14，半充滿 p3或d5或f7，全空 p0或d0或

9、f0。例如：鉻（24Cr）1s22s22p63s23p63d54s1；銅（29Cu）1s22s22p63s23p63d104s1，這種表示原子核外電子排布的式子稱之為電子排布式。電子排布式：Na：1s2 2s2 2p6 3s1 Na+：1s2 2s2 2p6Cl：1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 Cl-：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6C：1s2 2s2 2p2原子軌道的能量相同電子層上原子軌道能量的高低：EnsEnpEndEnf。形狀相同的原子軌道能量的高低：E1sE2sE3sE4s ； E2pE3pE4pE5p電子層和形狀相同的原子軌道的能量相等，如E2px = E2py =E

10、2pz 二、【例題解析】例1 關(guān)于1s、2s、3s、4s原子軌道的說(shuō)法正確的是（ ）A電子只能在電子云輪廓圖中運(yùn)動(dòng) B能級(jí)不同，電子云輪廓圖形狀相同C軌道數(shù)目相同，電子云輪廓圖形狀、大小完全相同D能層不同，電子云輪廓圖形狀也不相同 解析：電子在原子核外空間一定范圍內(nèi)出現(xiàn)，A錯(cuò)誤；能級(jí)大小為1s<2s<3s<4s，但電子云輪廓圖均為球形，B正確，D不正確；電子云輪廓圖圖形大小依次增大，因此C不正確。三、【隨堂練習(xí)】1具有下列電子排布式的原子中，半徑最大的是（ ）Als22s22p63s23p3 B1s22s22p3 C1s22s2sp2 D1s22s22p63s23p42下列說(shuō)

11、法中錯(cuò)誤的是（ ）A在同一個(gè)原子里找能到兩個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子B在同一個(gè)原子里找能到兩個(gè)或多個(gè)能量相同的電子C在同一個(gè)原子里M層電子的能量肯定比L層上電子的能量高D處在2p亞層上僅有的兩個(gè)電子自旋方向相同3原子中的某一電子層（以n表示），當(dāng)n作為該原子的最外層時(shí)，最多容納的電子數(shù)與（n-1）層相同；當(dāng)n作該原子的為次外層時(shí)，最多容納的電子數(shù)比（n+1）層還多10個(gè)，則n層是（ ）AN 層 BM 層 CL 層 DK 層4某元素原子在K層上有2個(gè)電子，在N層上有1個(gè)電子，則在M層上的電子數(shù)為（ ）A18個(gè) B8個(gè) C2個(gè) D10個(gè)5某元素的原子核外電子排布是1s22s22p63s23p63d1

12、04s24p5，說(shuō)明該原子核外共有多少電子層，各電子層上有幾個(gè)亞層和多少個(gè)電子，該元素的原子的核電荷數(shù)為多少？6某原子共有5個(gè)電子層，則其O層可容納電子 個(gè)，N層可容納電子 個(gè)。7以下原子軌道的表示方法不正確的是（ ）A、3s B、3p C、3d D、3f8下列電子層不包含d軌道的是 A.N層 B.M層 C.L層 D.K層9關(guān)于1s、2s、 3s 、4s原子軌道的說(shuō)法正確的是（ ）A、電子只能在電子云輪廓圖中運(yùn)動(dòng)B、能級(jí)不同，電子云輪廓圖形狀相同C、軌道數(shù)目相同，電子云輪廓圖形狀、大小完全相同D、能層不同，電子云輪廓圖形狀也不相同10下列軌道含有軌道數(shù)目為3的是A、1s B、2p C、3p D、4d 113d軌道中最多容納電子數(shù)為A、2 B、 10 C、 14 D、 1812第三電子層含有的軌道數(shù)為A、3 B、 5 C、 7 D、 9 13在硫原子核外共有 種不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子，有 種不同能量的電子。 14、下列關(guān)于電子層與原子軌道類型的說(shuō)法中不正確的是 ( ) A、原子核外電子的每一個(gè)電子層最多可容納的電子數(shù)為2n2B、任一電子層的原子軌道總是從s軌道開始，而且原子軌道類型數(shù)目等于該電子層序數(shù)C、同是s軌道