化学选修3 1.1原子结构ppt课件.ppt

化学研究的是构成宏观物体的物质。,一、研究物质的组成与结构,二、研究物质的性质、变化、合成,二者的关系如何？,结构决定性质、性质反映结构,分子结构,原子结构,晶体结构,结构,原子结构,第一章原子结构与性质第一节原子结构,背景知识回顾,1、 什么叫电子层？在含有多个电子的原子里,电子分别在能量不同的区域内运动,这种不同的区域称为电子层,2、原子核外电子排布有哪些规律？,(1)核外电子总是尽量先排布在能量较低的电子层，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的电子层(能量最低原理)。(2)原子核外各电子层最多容纳2n2个电子。(3)原于最外层电子数目不能超过8个(K层为最外层时不能超过2个电子)。(4)次外层电子数目不能超过18个(K层为次外层时不能超过2个)，倒数第三层电子数目不能超过32个。,背景知识回顾,原子概念和原子结构模型演变简介,1公元前5世纪，希腊哲学家德谟克利特等人认为 ：万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子。,219世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体。,道尔顿原子学说,1、一切物质都是由不可见的、不可分割的原子组成，原子不可自生自灭,2、同种类的原子在质量、形状和性质上完全相同，不同种类的原子则不同,3、每一种物质都是由它自己的原子构成。单质是由简单原子组成，化合物是由复杂原子组成。复杂原子的质量等于组成它的简单原子的质量总和。,31897年英国科学家汤姆生发现了电子。,原子是一个平均分配着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成中性原子,41911年，英国物理学家卢瑟福电子绕核旋转的原子结构模型,51913年，丹麦科学家玻尔核外电子分层排布的原子结构模型,620世纪20年代中期，奥地利物理学家薛定谔等人以量子力学为基础电子云模型,人类认识原子的过程,人类在认识自然的过程中，经历了无数的艰辛，正是因为有了无数的探索者，才使人类对事物的认识一步步地走向深入，也越来越接近事物的本质。随着现代科学技术的发展，我们现在所学习的科学理论，还会随着人类对客观事物的认识而不断地深入和发展。,近代原子论,发现电子,带核原子结构模型,轨道原子结构模型,电子云模型,宇宙大爆炸模拟图,宇宙大爆炸,大量的氢少量的氦极少量的锂,其他元素,一.开天辟地原子的诞生,1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论,1)、 氢元素是宇宙中最丰富的元素。,2)、宇宙年龄距今约140亿年， 地球年龄已有46亿年。,3)、地球上的元素绝大多数是金属， 非金属仅有22种。,原子的结构,核电荷数=核内质子数=核外电子数,质量数=质子数+中子数,我们已经知道，多电子原子的核外电子的能量是不同的。原子核外电子是怎样排布的呢？,二、能层与能级,1.能层（即电子层）(1)概念：多电子原子的核外电子的能量是不同的，按电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的能层。即电子层,(2)表示方法及各能层最多容纳的电子数,依据核外电子的能量不同：离核远近：近 远 能量高低：低 高,核外电子分层排布,钠的原子结构示意图为：,11个电子分布在3个不同的能层，处于不同能层的电子的能量肯定不同；那么，处于L层的8个电子其能量是否都相同呢？,2.能级（即电子亚层）,(1)概念：在多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级。即亚层,(2)表示方法及各能级所容纳的最多电子数：,学与问,1、原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数与能层的序数(n)间存在什么关系？2、不同能层分别有多少个能级，与能层的序数间存在什么关系？,（所含能级个数能层序数 n）,（2n2 ）,s 122,p 326,d 5210,f 7214,g 9218,不同能层中的s、p、d、f、g能级最多能容纳的电子数是相同的，分别是1、3、5、7的2倍即2 、 6 、 10 、 14,3、英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数是否相同？,温馨提醒I.能级符号：ns、np、nd、nf(n代表能层)II.能级能量关系(1)同能层不同能级，能级越高，能量越高：如：E3s E3p E3d (2)不同能层同种能级，能层序数越大，能量越高，如E1s E2s E3s E4sIII.各能层拥有的能级种数：能级种数 = 该能层序数IV.各能级容纳的最多电子数ns：2；np：6；nd：10；nf：14,？疑问,原子的核外电子可以完全按能层次序排布，填满一个能层再开始下一个能层吗？ 为什么钾原子的排布不是2、8、9，而是2、8、8、1呢？,三、构造原理,原子核外电子排布必须遵循一定的能级顺序进行填充构造原理,存在着能级交错,1s-2s-2p-3s-3p-4s-3d-4p-5s-4d-,构造原理：随原子核电荷数递增，绝大多数原子核外电子的排布遵循如右图的排布顺序，这个排布顺序被称为构造原理,2、电子排布式：,氢 H钠 Na 钾 K,1s22s22p63s1,1s22s22p63s23p64s1,1s1,用数字在能级符号右上角表明该能级上的排布的电子数。,练习：试书写N、Cl、K、26Fe原子的 核外电子排布式,原子的电子排布遵循构造原理使整个原子的能量处于最低状态， 简称能量最低原理,请根据构造原理，写出下列元素原子的电子排布式：（1）N 。（2）Ne 。（3）S 。（4）Ca 。（5）29Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 （6）32Ge 1s22s22p63s23p63d104s24p2,K的电子排布式：1s22s22p63s23p64s1Fe的电子排布式：1s22s22p63s23p63d64s229Cu的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1 32Ge的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s24p2注：书写电子排布式时，能层低的能级写在左边，不能按填充顺序写（电子按能量由低到高顺序填充，遵循构造原理）,原子实：电子排布式书写过繁，可以把内层电子已达到稀有气体结构的部分写成“原子实”。以稀有气体的元素符号外加方括号表示。钠Na的核外电子排布为：1s22s22p63s1，其中第1、2电子层与原子核组成原子实，也可写作Ne3s1。 Ne是指与氖 Ne（1s22s22p6）的结构相同。钾K的电子排布为：1s22s22p63s23p64s1，也可写作Ar4s1。铜Cu为：1s22s22p63s23p63d104s1，也可写作Ar3d104s1。,3.简化电子排布式：,Ne3s1,写出第8号元素氧、第14号元素硅和第26号元素铁的简化电子排布式吗？,上式方括号里的符号的意义是：,该元素前一个周期的惰性气体电子排布结构,O：He2s22p4 SiNe3s23p2 FeAr3d64s2,钠 Na的简化电子排布式：,书写简化电子排布式时要特别注意第四周期元素的3d能级。如将Br写成Ar4s24p5是错的，而应该为Ar3d104s24p5。,说明：在化学反应中，原子的外围电子发生变化而“原子实”不受影响，所以描述原子核外电子排布时，也可以省去“原子实”，仅写出原子的外围电子排布式（对主族元素的原子，外围电子又称价电子）,O：2s22p4 Si：3s23p2Fe：3d64s2,外围电子排布(价电子排布式)价电子：即能够影响元素化合价的电子。主族元素：价电子即为最外层电子。过渡元素：价电子包括最外层电子和次外层d能级电子(镧系和锕系元素还包括倒数第三层f能级上的电子)。,道尔顿的原子学说曾经起了很大的作用。他的学说中主要有下列三个论点：原子是不能再分的微粒；同种元素的原子的各种性质和质量都相同；原子是微小的实心球体。从现代原子分子学说的观点看，你认为不正确的是（ ）A 只有 B 只有 C 只有 D ,课堂练习,D,在同一个原子中，离核越近、n越小的电子层能量 。在同一能层中，各能级的能量按s、p、d、f的次序 理论研究证明，多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级，第三能层有3个能级分别为 。,越低,增大 。,3S 3P 3d,4.下列各原子的电子排布正确的是 A. Be 1s22s12p1 B. C 1s22s22p2 C. He 1s12s1 D. Cl 1s22s22p63s23p5,BD,5.书写 电子排布式,Kr Br,6下列各原子或离子的电子排布式错误的是（ ） A. Al 1s22s22p63s23p1 B. O2- 1s22s22p6 C. Na+ 1s22s22p6 D. Si 1s22s22p2,D,第二课时,四、能量最低原理、基态与激发态、光谱,四、能量最低原理、基态与激发态、光谱,1.能量最低原理内容：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态,简称能量最低原理。,电子先占有能量低的能级，然后依次进入能量高的能级,2.基态与激发态,基态原子：处于最低能量的原子。(稳定),激发态原子：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。(不稳定),吸收能量,放出能量,不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的能量 表现为光的形式,节日燃放的焰火与电子跃迁有关,激光源,夜空中的激光,跟进练习 根据下列电子排布，处于激发态的原子是( )A.1s22s22p1 B.1s22s22p63s23p4C.1s22s12p1 D.1s22s22p4,C,3.原子光谱,内容：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。,基态原子 激发态原子,吸收能量，吸收光谱,放出能量，发射光谱,可利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析,锂、氦、汞的发射光谱,锂、氦、汞的吸收光谱,1、判断下列表达是正确还是错误1）1s22p1属于基态；2） 1s22s2 2p63p1属于基态； 3）1s22s2 2p63d1属于激发态；,答案： (1) (2) (3),课堂练习,五、电子云与原子轨道,思考: 宏观物体与微观物体（电子） 的运动有什么区别?,宏观物体的运动特征：,可以准确地测出它们在某一时刻所处的位置及运行的速度；可以描画它们的运动轨迹。,微观物体的运动特征：,1.电子的质量很小，只有9.1110-31千克；2.核外电子的运动范围很小（相对于宏观物体而言）；3.电子的运动速度很大；4.无固定轨道,测不准,图中 表示原子核，一个小黑点代表电子在这里出现过一次,小黑点的疏密表示电子在核外空间单位体积内出现的概率的大小。,氢原子的1s电子在原子核外出现的概率分布图,1、电子云,处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。,P：表示电子在某处出现的概率V：表示该处的体积P/V：概率密度，用表示。,2.电子云轮廓图,同一原子的s电子的电子云轮廓图,(1) s电子电子云形状 是以原子核为中心的球体,哑铃形，相互垂直,球形,(2)p电子云的形状是哑铃形，其伸展方向是互向垂直的三个方向（Px、Py、Pz）,五、电子云与原子轨道,2. 原子轨道,d能级的原子轨道图花瓣形,五、电子云与原子轨道,2. 原子轨道,f能级的原子轨道图,归纳总结 电子云的形状 s电子云 p电子云 d电子云,球形 哑铃形 花瓣形,3.原子轨道内容：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。,跟进练习(1)能层符号用_表示。(2)能级符号用_表示。(3)ns能级有_个轨道，呈_形；np能级有_个轨道，呈_形；nd能级有_个轨道；nf能级有_个轨道。(4)各能级最多容纳的电子数是：ns：2个；np：6个；nd：10个；nf：14个。,小结：,各原子轨道的能量高低比较,（1）相同电子层上原子轨道能量高低：nsnpndnf,（2）形状相同的原子轨道能量高低 1s2s3s4s,（3）电子层和形状相同的原子轨道能量相等： 2Px2Py2Pz,原子轨道的空间取向,六、泡利原理和洪特规则,1.泡利（不相容）原理内容：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋状态相反。,2.电子排布图 用方框表示原子轨道，用箭头表示电子。箭头方向表示电子的自旋状态。,例如，锂(Li)原子原子结构示意图 电子排布式 电子排布图,1s22s1,1s 2s,平式(常用),表示到能层 表示到能级 表示到轨道、自旋,写出镁原子的电子排布式、电子排布图,1s22s22p63s2,电子排布图,电子排布式,如：氖原子的轨道表示式,及时跟进 完成下表。,大胆试一试 写出基态N原子的电子排布图。,1s 2s 2p,1s 2s 2p,1s 2s 2p,?,3.洪特规则内容：当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同。,及时巩固 (1)写出下列原子：C、O、P的电子排布图。(2)写出铁原子的价电子的电子排布图。,温馨提醒 弄清“成对电子”与“未成对电子”的概念。,动手一试 写出24Cr、29Cu两种原子的电子排布式。,洪特规则的特例：当同一能级上的电子排布为全充满(s2 、 p6、d10)、半充满(s1 、 p3、d5、)和全空状态(s0 、 p0、d0、)时，具有较低的能量和较大的稳定性。,重点掌握 Cr：1s22s22p63s23p63d54s1 或 Ar3d54s1Cu：1s22s22p63s23p63d104s1 或 Ar3d104s1,思考 铁的两种离子：Fe2+、Fe3+哪个更稳定？,铁原子的电子排布图,洪特规则,泡利原理,能量最低原理,1s,2s,2p,3p,3d,3s,4s,小结 核外电子排布规则,1.能量最低原理,2.泡利原理,3.洪特规则,下列电子排布图中哪个是硼的？,A,B,A,下列电子排布图中哪个是碳的？,Cu,当同一能级的电子排布为全充满、半充满状态时具有较低的能量和较大的稳定性。,C,B,A,A,Cr,注意,1s,2s，2p,4s,4p,4d,4f,3s,3p,3d,1,4,9,16,n2,2,8,18,32,2n2,练习1、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内运动 Cp能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层的增加，p能级原子轨道也在增多 D与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大,D,2电子排布在同一能级时，总是（ ）A优先单独占据不同轨道，且自旋方向相同 B优先单独占据不同轨道，且自旋方向相反C自由配对，优先占据同轨道，且自旋方向相同D自由配对，优先占据同一轨道，且自旋方相反,A,3“各能级最多容纳的电子数，是该能级原子轨道数的二倍”，支撑这一结论的理论是（ ） A构造原理 B泡利原理 C洪特规则 D能量最低原理,B,