量子力学对原子核外电子运动状态的描述(精品).ppt

德谟克利特：朴素原子观德谟克利特：朴素原子观道尔顿：原子学说道尔顿：原子学说汤姆生：汤姆生：“葡萄干面包式葡萄干面包式”模型模型卢瑟福卢瑟福：带核原子结构模型：带核原子结构模型玻尔玻尔：原子轨道模型：原子轨道模型现代量子力学模型现代量子力学模型18031904191119131926第一节第一节 原子结构模型原子结构模型鲁科版鲁科版质子数质子数原原子子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个个原子是电中性的！原子是电中性的！+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=质量数质量数我们所认识的原子结构我们所认识的原子结构原子原子离子离子阳离子阳离子阴离子阴离子失电子失电子得电子得电子核外电子的排布核外电子的排布 电子层：电子层：K L M N O P Q离核远近：近离核远近：近 远远 能量高低：低能量高低：低 高高1234567KLMNOPQ分层排布分层排布核外电子核外电子排布规律：排布规律：（1 1）能量最低原理：）能量最低原理：电子先排布在能量较电子先排布在能量较低的电子层上。低的电子层上。（2）每层每层2n2n2 2个。个。最外层最外层 8 8个（个（K K层时层时2 2个），如果最个），如果最外层为外层为8 8个（个（K K层为层为2 2个）就达到了饱个）就达到了饱和稳定结构。和稳定结构。次外层次外层 1818个，倒数第三层个，倒数第三层 3232（2 2）各层最多容纳）各层最多容纳2n2n2 2 个电子个电子（3 3）最外层不超过）最外层不超过8 8个（个（K K层层2 2个）个）（4 4）次外层不超过）次外层不超过1818个，倒数第个，倒数第 三层不超过三层不超过3232个。个。相互制约，相互联系相互制约，相互联系排布规律（排布规律（一低四不超一低四不超）（1 1）能量最低原理）能量最低原理原子结构示意图：原子结构示意图：镁原子镁原子（Mg)原子核原子核质子数质子数电子层电子层该层上的电子数该层上的电子数第一层第一层 倒数第一层倒数第一层 最外层最外层 次外层次外层电子层数为电子层数为_层。层。3核电荷数为核电荷数为1 11818的元素的原子结构示意图的元素的原子结构示意图金属元素金属元素非金属元素非金属元素稀有气体元素稀有气体元素最外层电子数最外层电子数一般少于一般少于4 4个个最外层电子数最外层电子数一般多于一般多于4 4个个最外层电子数最外层电子数已达到最多（已达到最多（2 2个或个或8 8个）个）联想联想质疑质疑波尔只引波尔只引入入一个一个量子数量子数n,能比能比较好地解释了氢原子较好地解释了氢原子线状光谱产生的原因；线状光谱产生的原因；但但复杂的光谱复杂的光谱解释不解释不了。了。一、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型一、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型在钠原子中n=4n=3 电子跃迁电子跃迁在氢原子中n=2n=1 电子跃迁电子跃迁也得到两条靠得很近的谱线实验事实实验事实:原子轨道与四个量子数原子轨道与四个量子数（）原子光谱带来的疑问？（）原子光谱带来的疑问？钠原子光谱在钠原子光谱在n=3到到n=4之间会产生两之间会产生两(多多)条谱线条谱线氢原子光谱在氢原子光谱在n=到到n=之间谱线实际上是两条靠之间谱线实际上是两条靠得非常近的谱线得非常近的谱线在磁场中所有原子光谱可能会分裂成多条谱线在磁场中所有原子光谱可能会分裂成多条谱线这些问题用玻尔的原子模型这些问题用玻尔的原子模型无法解释无法解释 原子中电子的运动状态应用多个量子数来描述原子中电子的运动状态应用多个量子数来描述量子力学中单个电子的空间运动状态称为原子轨道量子力学中单个电子的空间运动状态称为原子轨道.（1）电子分层排布的依据是什么？）电子分层排布的依据是什么？（2）在多电子原子中，每一层上的电子）在多电子原子中，每一层上的电子能量一样吗？运动区域的形状一样吗？能量一样吗？运动区域的形状一样吗？（3）为什么每个电子层所能容纳的电子）为什么每个电子层所能容纳的电子数最多为数最多为2n2（n为电子层数）？为电子层数）？（一）电子层（又称能层）（一）电子层（又称能层）：分层依据：能量的较大差别；：分层依据：能量的较大差别；电子运动的主要区域或离核远近的不同电子运动的主要区域或离核远近的不同。二、量子力学对原子核外电子的运动状态的二、量子力学对原子核外电子的运动状态的描述描述电子层序数电子层序数（n）1234567符号符号KLMNOPQ 离核越来越远，能量越来越高离核越来越远，能量越来越高同一电子层内，电子能量也并非完全相同。同一电子层内，电子能量也并非完全相同。2、能级、能级电子亚层电子亚层K层：只有层：只有1个能级个能级1sL层：有层：有2个能级个能级2s、2pM层：有层：有3个能级个能级3s、3p、3dN层：有层：有4个能级个能级4s、4p、4d、4f（1）划分标准：）划分标准：能层中的电子能量并不完全相同，还可能层中的电子能量并不完全相同，还可以分成不同的能级以分成不同的能级（2）能级的表示：能级的表示：s、p、d、f、（3）各能层所含能级各能层所含能级规律规律:1、每层的能级数值、每层的能级数值=电子层数电子层数 2、能量高低规律：能量高低规律：nsnpndnf 1s2s3s4s（1）原子轨道）原子轨道:量子力学中单个电子的空间运动量子力学中单个电子的空间运动状态状态 即在原子核外一定能层的能级上，具有一定即在原子核外一定能层的能级上，具有一定形状和伸展方向的电子所占据的空间。形状和伸展方向的电子所占据的空间。3、原子轨道形状及伸展方向、原子轨道形状及伸展方向（2）各能级原子轨道形状及伸展方向）各能级原子轨道形状及伸展方向：S S原子轨道原子轨道S S原子轨道是球形对称的原子轨道是球形对称的.P P原子轨道是纺锤形的原子轨道是纺锤形的 （也有把它叫（也有把它叫哑铃型），每个哑铃型），每个P P能级有能级有3 3个原子轨道个原子轨道,它们相互垂直它们相互垂直,分别以分别以P P x x,P,Py y,P,PZ Z表示表示.P P原子轨道原子轨道P P能能级级的的原原子子轨轨道道 P P能级的能级的3 3个原子轨道个原子轨道P P x x,P,Py y,P,PZ Z合在一起的情形合在一起的情形.d d能级的原子轨道有能级的原子轨道有5 5个个.d d能能级级的的原原子子轨轨道道练习练习:找出下列条件下原子轨道的数目找出下列条件下原子轨道的数目A.n=1 B.n=2C.n=31 1s4 2s 2px 2py 2pz9 3s 3px 3py 3pz 3dxy 3dyz 3dxz 3dx2-y2 3dz2规律规律:每层的原子轨道数为层数的平方每层的原子轨道数为层数的平方(n2)4 4、电子自旋、电子自旋：原子核外电子还有一种称为原子核外电子还有一种称为“自旋自旋”的运动。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们用向上箭头“”和向下箭头和向下箭头“”来表示这两种来表示这两种不同的自旋状态。当然，不同的自旋状态。当然，“电子自旋电子自旋”并非真像地球并非真像地球绕轴自旋一样，它只是代表电子的两种不同状态。绕轴自旋一样，它只是代表电子的两种不同状态。练习练习:实验证明实验证明,同一原子中电子的运动状态均不相同一原子中电子的运动状态均不相同同.试推断试推断:每个原子轨道最多有几个电子每个原子轨道最多有几个电子?每个电子层最多有多少个电子每个电子层最多有多少个电子?钠原子核外电子运动状态有几种？氯离子核外电子钠原子核外电子运动状态有几种？氯离子核外电子运动状态有几种？运动状态有几种？规律：每层最多容纳的电子数为规律：每层最多容纳的电子数为规律：每层最多容纳的电子数为规律：每层最多容纳的电子数为=2=2电子层数的平方电子层数的平方电子层数的平方电子层数的平方(2n(2n2 2)宏观物体宏观物体微观粒子微观粒子质量质量很大很大很小很小速度速度较小较小很大（接近光很大（接近光速）速）位移位移可测可测位移、能量位移、能量不可同时测定不可同时测定能量能量可测可测轨迹轨迹可描述可描述（画图或函数描述）（画图或函数描述）不可确定不可确定宏观、微观运动的不同宏观、微观运动的不同5、电子云电子云电子云电子云电子在核外空间一定范围内出现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。原子核周围，人们形象的称为电子云。可用统计（图示）的方法研究电子在核外可用统计（图示）的方法研究电子在核外出现的概率。出现的概率。电子云：描述电子在核外单位体积内出现概率大电子云：描述电子在核外单位体积内出现概率大小的图形。小的图形。电子云中的小点：电子云中的小点：并不是表示原子核外的一个电子并不是表示原子核外的一个电子,而是表示而是表示电子电子在此空间出现的机率在此空间出现的机率。电子云电子云密度大密度大的地方说明的地方说明电子出现的机会电子出现的机会多多，而电子云，而电子云密度小密度小的地方说明的地方说明电子出现的机电子出现的机会少会少。1 1、关于、关于“电子云电子云”的描述中，正确的是的描述中，正确的是 A A、一个小黑点表示一个电子、一个小黑点表示一个电子B B、一个小黑点代表电子在此出现过一次、一个小黑点代表电子在此出现过一次C C、电子云是带正电的云雾、电子云是带正电的云雾D D、小黑点的疏密表示电子在核外空间单位、小黑点的疏密表示电子在核外空间单位体积内出现机会的多少体积内出现机会的多少D D巩固练习 核外电子的运动状态n1234n电子层电子层第一第一第二第二第三第三第四第四轨道轨道1s2s 2p3s 3p 3d4s 4p 4d 4f轨道数轨道数1条条4条条9条条16条条n2可容纳可容纳电子数电子数2818322n2原子轨道能量高低规律：原子轨道能量高低规律：nsnpndnf 1s2s3s4s 2px=2py=2pz小结：小结：核外电子的运动状态小结：小结：电子层n原子轨道或电子云形状原子轨道或电子云形状原子轨道或电子云在空间的伸展方向原子轨道或电子云在空间的伸展方向电子的自旋状态（或自旋方向）电子的自旋状态（或自旋方向）描描述述核核外外电电子子运运动动状状态态的的参参数数C、同是、同是s轨道，在不同的能层中所能容纳的最多电子数是不轨道，在不同的能层中所能容纳的最多电子数是不相同的相同的1、下列关于电子层与原子轨道类型的说法中不正、下列关于电子层与原子轨道类型的说法中不正确的是确的是 ()A、原子核外电子的每一个电子层最多可容纳的电子数为、原子核外电子的每一个电子层最多可容纳的电子数为2n2B、任一电子层的原子轨道总是从、任一电子层的原子轨道总是从s轨道开始，而且原子轨道开始，而且原子轨道类型数目等于该电子层序数轨道类型数目等于该电子层序数D、1个原子轨道里最多只能容纳个原子轨道里最多只能容纳2个电子个电子2、下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是（、下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是（）A原子核外的电子象云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子原子核外的电子象云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云云Bs能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动内运动Cp能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层的增加，能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层的增加，p能级原子能级原子轨道也在增多轨道也在增多D与与s电子原子轨道相同，电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径随能层电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大的增大而增大