原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

可編輯可編輯精品文檔，歡迎下載精品文檔，歡迎下載可編輯精品文檔，歡迎下載原子核外電子排布【學(xué)習(xí)目標(biāo)】知識(shí)與技能了解元素原子核外電子排布的基本規(guī)律會(huì)用原子結(jié)構(gòu)示意圖熟練表示1——18號(hào)元素，惰性氣體，部分第四，五周期的主族元素的電子排布式，在必修1的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)盧瑟福和玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型，了解原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在原子核外電子排布基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步了解表述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的四個(gè)要素，了解電子云，知道1——36號(hào)元素的電子排布式，軌道表示式，價(jià)電子排式。過(guò)程與方法學(xué)習(xí)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)，查閱資料等多種手段獲取信息，運(yùn)用比較、分類、歸納等方法對(duì)信息進(jìn)行加工。情感態(tài)度與價(jià)值觀體會(huì)化學(xué)發(fā)展史中化學(xué)家們追求真理的精神，培養(yǎng)問(wèn)題意識(shí)與探究意識(shí)，提高邏輯思維能力，領(lǐng)悟科學(xué)發(fā)現(xiàn)的艱辛，了解科學(xué)發(fā)現(xiàn)的意義，培養(yǎng)科學(xué)精神【教學(xué)重點(diǎn)】原子電子排布的規(guī)律【教學(xué)難點(diǎn)】原子電子排布規(guī)律的探究已有知識(shí)背景：1、原子結(jié)構(gòu)模型的演變過(guò)程“原子結(jié)構(gòu)模型”是科學(xué)家根據(jù)自己的認(rèn)識(shí)對(duì)原子結(jié)構(gòu)的形象描述，一種模型代表了人類某一階段對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。人類認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的歷史依次為：道爾頓的原子模型→湯姆生的原子模型→盧瑟福原子模型→波爾原子模型→現(xiàn)代量子力學(xué)、電子云模型。公元前5世紀(jì)，我國(guó)墨翟曾經(jīng)提出物質(zhì)微粒說(shuō)，他稱物質(zhì)的微粒為“端”，意思是不可分割的質(zhì)點(diǎn)。但在戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，有一本著作《莊子·天下篇》中卻提到了物質(zhì)無(wú)限可分的思想。與此同時(shí)，公元前5世紀(jì)的古希臘哲學(xué)家德謨克里特把物質(zhì)碎片小到不可再分的最小組成單位稱為“原子”（意思是“不可分割”）。在他的觀點(diǎn)中，原子是最微小的不可分割的物質(zhì)微粒。19世紀(jì)，化學(xué)家道爾頓進(jìn)一步闡述了原子學(xué)說(shuō)的基本觀點(diǎn)：化學(xué)元素由非常微小的、不可分割的物質(zhì)微?！咏M成，原子在所有化學(xué)變化中均保持自己獨(dú)特的性質(zhì)；同一元素的所有原子，各方面性質(zhì)相同，而不同元素的原子有自己獨(dú)特的性質(zhì)；元素的原子以簡(jiǎn)單數(shù)值比相結(jié)合時(shí)就發(fā)生化合。由此近代原子理論得以建立。然而，道爾頓的學(xué)說(shuō)不能從化合比例決定原子的相對(duì)重量。1811年阿伏伽德羅提出了分子的概念（盡管當(dāng)時(shí)不被人接受）。19世紀(jì)初原子分子學(xué)說(shuō)的出現(xiàn)，是近代化學(xué)發(fā)展過(guò)程中的重要里程碑。1897年，湯姆生在研究陰極射線的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了原子中電子的存在，這打破了“原子不可分割”的理念，明確地向人們昭示：原子是可以繼續(xù)分割的，它有著自己的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。湯姆遜當(dāng)時(shí)因缺乏實(shí)驗(yàn)證據(jù)，于是通過(guò)想象勾勒出這樣的圖景：原子呈球狀，帶正電荷。而帶負(fù)電荷的電子則一粒粒地可編輯可編輯精品文檔，歡迎下載精品文檔，歡迎下載可編輯精品文檔，歡迎下載“鑲嵌”在這個(gè)圓球上。這樣的一幅圖畫(huà)，就是史稱的“葡萄干面包模型”。1910年盧瑟福和學(xué)生們利用高能α粒子（質(zhì)量數(shù)為4，帶兩個(gè)正電荷）去轟擊一張極薄的金箔，想通過(guò)散射來(lái)確認(rèn)“葡萄干面包”的大小和性質(zhì)。但是不可思議的情況出現(xiàn)了：當(dāng)一束平行的α—粒子射向一金屬薄片時(shí)，穿過(guò)薄片的α—粒子絕大多數(shù)都是直線前進(jìn)的，只有極少數(shù)（約萬(wàn)分之一）的α—粒子發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，其中有些α—粒子偏轉(zhuǎn)的程度較大，甚至被反射回來(lái)。這樣就發(fā)生了所謂的α—粒子散射現(xiàn)象。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：（1）每個(gè)原子中央都有一個(gè)帶正電荷的原子核，核外有若干電子繞核旋轉(zhuǎn)。原子核和電子之間是十分敞空的，并存在著電場(chǎng)，電場(chǎng)把核和電子束縛在一起，形成相對(duì)穩(wěn)定的原子。（2）原子核所帶的正電量與核外電子的負(fù)電總量相等。所以整個(gè)原子是電中性的。（3）由于電子的質(zhì)量很小，因此原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核上。但是，這個(gè)看似完美的模型卻有著自身難以克服的嚴(yán)重困難。因?yàn)槲锢韺W(xué)家們很快就指出，帶負(fù)電的電子繞著帶正電的原子核運(yùn)轉(zhuǎn)，這個(gè)體系是不穩(wěn)定的，兩者之間會(huì)放出強(qiáng)烈的電磁輻射，從而導(dǎo)致電子一點(diǎn)點(diǎn)地失去自己的能量，作為代價(jià)，它便不得不逐漸縮小運(yùn)行半徑，直到最終“墜毀”在原子核上為止，整個(gè)過(guò)程用時(shí)不過(guò)一眨眼的工夫。1913年，丹麥物理學(xué)家盧瑟福的學(xué)生玻爾在研究了氫原子光譜(原子中電子在能量變化時(shí)所發(fā)射或吸收的一系列光所組成的光譜。光譜是不連續(xù)的)后，根據(jù)量子力學(xué)觀點(diǎn)，提出了新的原子結(jié)構(gòu)模型，其要點(diǎn)有：（1）原子核外電子在一系列穩(wěn)定的軌道上運(yùn)動(dòng)，這些軌道稱為原子軌道。核外電子在原子軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，既不放出能量，也不吸收能量。（2）不同原子軌道具有不同的能量，原子軌道的能量變化是不連續(xù)的，即量子化的。（3）原子核外電子可以在不同的軌道上發(fā)生躍遷。當(dāng)電子吸收了能量（如光能、熱能等）后，就會(huì)從能量較低的軌道躍遷到能量較高的軌道上。處于能量較高軌道的電子不穩(wěn)定，會(huì)回到能量較低的軌道上，就會(huì)發(fā)射出光子，發(fā)出光的波長(zhǎng)取決于兩個(gè)軌道的能量之差。20世紀(jì)初，科學(xué)家揭示了微觀世界波粒二象性的規(guī)律，認(rèn)識(shí)到原子核外電子的遠(yuǎn)動(dòng)不遵循經(jīng)典力學(xué)的原理，必須用量子力學(xué)的模型描述核外電子的遠(yuǎn)動(dòng)。1919年，盧瑟福用α粒子撞擊氮原子核而發(fā)現(xiàn)質(zhì)子；1932年，英國(guó)人查德威克用α粒子撞擊鈹原子核而發(fā)現(xiàn)中子。此時(shí)人們才發(fā)現(xiàn)：原子核還可以分為質(zhì)子和中子。在原子核中或核反應(yīng)中還有一些其它的亞原子粒子，并且已經(jīng)建立了中子和質(zhì)子的組成與被稱為“夸克”的基本粒子的有關(guān)理論。2、原子由原子核和核外電子組成，原子核又由質(zhì)子和中子構(gòu)成。一個(gè)質(zhì)子帶一個(gè)單位正電荷，一個(gè)電子帶一個(gè)單位負(fù)電荷，原子中質(zhì)子數(shù)等于核外電子數(shù)，整個(gè)原子呈電中性。質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)。可編輯可編輯精品文檔，歡迎下載精品文檔，歡迎下載可編輯精品文檔，歡迎下載一個(gè)原子的表示：3、元素的種類只有114種，而原子的種類遠(yuǎn)不止114種。造成這種現(xiàn)象的原因是由于大多數(shù)元素都有同位素的緣故。各種天然的同位素原子在自然界中的豐度（即原子個(gè)數(shù)百分比）是固定的。4、關(guān)于相對(duì)原子質(zhì)量的幾個(gè)概念（1）原子的真實(shí)質(zhì)量，也稱絕對(duì)質(zhì)量，是通過(guò)精密的實(shí)驗(yàn)測(cè)得，原子的真實(shí)質(zhì)量很小，記憶、使用很不方便，所以科學(xué)上一般不直接使用原子的真實(shí)質(zhì)量，而采用原子的相對(duì)質(zhì)量。（2）原子（核素）的相對(duì)原子量（同位素的相對(duì)原子量）：指的是某一種原子的相對(duì)質(zhì)量，即指各同位素原子的絕對(duì)質(zhì)量分別與12C（3）原子（核素）的質(zhì)量數(shù)（同位素的質(zhì)量數(shù)）：將原子核內(nèi)所有的質(zhì)子和中子的相對(duì)質(zhì)量取整數(shù)，加起來(lái)所得的數(shù)值）（4）元素的相對(duì)原子質(zhì)量：指某元素各種同位素的相對(duì)原子質(zhì)量與該同位素原子所占的原子個(gè)數(shù)百分比（即豐度）的乘積之和。即MX=A×a%+B×b%+C×c%+……，其中A、B、C表示各同位素的相對(duì)原子質(zhì)量，a%、b%、c%分別為自然界中各種天然同位素原子所占的原子個(gè)數(shù)百分比，MX是元素X的相對(duì)原子質(zhì)量。元素周期表中查得的原子量就是這樣計(jì)算出來(lái)的。（5）元素的近似相對(duì)原子質(zhì)量：在上式中，若用同位素的質(zhì)量數(shù)代替同位素相對(duì)原子質(zhì)量，所得結(jié)果即為該元素的近似相對(duì)原子質(zhì)量?！纠}】同位素豐度%核素的相對(duì)原子質(zhì)量35Cl75.77%34.96937Cl24.33%36.966一．原子核外電子的排布規(guī)律1:有關(guān)能級(jí)玻爾原子模型將核外電子的分布情形，由內(nèi)向外可分為幾個(gè)殼層，以n的大小表示殼層能量高低的順序，此一順序稱為能級(jí)，n越大表示該殼層的能級(jí)越高。當(dāng)n=1時(shí)為最靠近原子核，能級(jí)最低的第一層，成為K層，n=2,3,4可編輯可編輯精品文檔，歡迎下載精品文檔，歡迎下載可編輯精品文檔，歡迎下載……則分別成為L(zhǎng),M,N……。2：核外電子分層排布的規(guī)律（1）電子填充時(shí)，首先占據(jù)能量最低的能層。這個(gè)原則也叫能量最低原則。（2）各能層的填充電子總數(shù)≤2n2,n為該能層的序號(hào)。（3）原子的最外層電子數(shù)不超過(guò)8個(gè)（若最外層為K層最多不超過(guò)2個(gè)），次外層不超過(guò)18個(gè)，倒數(shù)第三層不超過(guò)32個(gè)……【練習(xí)1】熟記1—18號(hào)元素原子外層電子排布，用原子結(jié)構(gòu)示意圖表示原子的核外電子排布【練習(xí)2】已知溴，碘的原子序數(shù)分別為35,53，試畫(huà)出溴，碘的原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖?！揪毩?xí)3】已知K，Ca原子序數(shù)分別為19,20，如何確定其原子結(jié)構(gòu)示意圖二．原子核外電子運(yùn)動(dòng)特征描述的四個(gè)方面由KCa的原子結(jié)構(gòu)示意圖引出核外電子運(yùn)動(dòng)特征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。能量低的，通常在離核近的區(qū)域運(yùn)動(dòng)；能量高的通常在離核遠(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的電子層。依次叫做K、L、M、N、……根據(jù)對(duì)元素電離能數(shù)據(jù)的分析可以得到核外電子分層運(yùn)動(dòng)的結(jié)論。從氣態(tài)原子（或氣態(tài)陽(yáng)離子）中去掉一個(gè)電子，把它變成氣態(tài)陽(yáng)離子（或更高價(jià)態(tài)的氣態(tài)陽(yáng)離子），需要克服核電荷的引力而消耗能量，這個(gè)能量叫電離能，符號(hào)為I，單位常用電子伏特（現(xiàn)在用kJ·mol-1）。從元素的氣態(tài)原子去掉一個(gè)電子成為+1價(jià)的氣態(tài)陽(yáng)離子所需消耗的能量，稱為第一電離能（I1），從+1價(jià)的氣態(tài)陽(yáng)離子再去掉一個(gè)電子成為+2價(jià)的氣態(tài)陽(yáng)離子所需消耗的能量，稱為第二電離能（I2）；依次類推。有關(guān)電子伏特：1eV指一個(gè)電子經(jīng)過(guò)1V電壓加速后所增加的能量，1個(gè)電子電可編輯可編輯精品文檔，歡迎下載精品文檔，歡迎下載可編輯精品文檔，歡迎下載量為：1.6×10-19C所以1eV=1.6×10-19C×1V=1.6×10-19J=1.6×10-22kJ所以aeV=a×1.6×10-22×6.02×1023=96.32akJ·mol-1下表列是第二周期的幾種元素的電離能數(shù)據(jù)：（eV）核電荷數(shù)元素符號(hào)I1I2I3I4I5I6I7I8I93Li5.475.6122.44Be9.318.2153.9217.75B8.325.137.9259.3340.16C11.324.447.964.5392.0489.87N14.529.647.477.597.9551.9666.88O13.635.154.977.4113.9138.1739.1871.19F17.435.062.687.1114.2157.1185.1953.61102請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)分析上表中的數(shù)據(jù)，看一看能得出什么結(jié)論？2．電子亞層和電子云的形狀（1）電子亞層：同一電子層中，電子的能量還稍有差異，可以把電子層分成幾個(gè)亞層，分別用s、p、d、f、g等符號(hào)表示。第幾電子層就有幾個(gè)亞層。如K層只有一個(gè)亞層，即s亞層；L層有兩個(gè)亞層即s亞層和p亞層。依次類推M層有s、p、d三個(gè)亞層；N層有s、p、d、f四個(gè)亞層?？梢杂孟铝械姆椒ū硎竞送怆娮犹幱谀膫€(gè)電子層和電子亞層，如1s1表明K電子層s亞層的一個(gè)電子；3d5表明M電子層d亞層上的5個(gè)電子。想一想：3f、1p、2d等表示方法是否正確？可編輯可編輯精品文檔，歡迎下載精品文檔，歡迎下載可編輯精品文檔，歡迎下載在同一個(gè)電子層里，亞層電子的能量是按s、p、d、f、g的順序遞增的。請(qǐng)比較處于下列運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子的能量的高低：1s與2s；3p與3d、2s與3p、3d與4s。（2）電子云：電子云是對(duì)核外電子運(yùn)動(dòng)的形象化的描述，它表明電子在核外空間某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)機(jī)會(huì)的多少。核外電子的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有確定的軌跡，我們不能測(cè)定或計(jì)算出它在某一時(shí)刻所處的位置，也不能描述其空間軌跡。我們?cè)诿枋龊送怆娮舆\(yùn)動(dòng)時(shí)，只能指出它在原子核外空間某處出現(xiàn)機(jī)會(huì)的多少。電子在核外空間一定范圍內(nèi)出現(xiàn)，好象帶負(fù)電荷的云霧籠罩在原子核周?chē)?，所以，我們形象地稱它為“電子云”。對(duì)氫原子電子云示意圖的理解：氫原子的電子云呈球形對(duì)稱，在離核近處密度大，離核越遠(yuǎn)處密度越小。也就是說(shuō)，在離核近處單位體積的空間中電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多，離核越遠(yuǎn)處單位體積的空間中電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)越少。不同亞層的電子云的形狀不同。s亞層的電子云是球形對(duì)稱的，p亞層的電子云是紡錘形的，d亞層的電子云是五瓣梅花形的，f、g亞層的電子云的形狀比較復(fù)雜。電子云的空間伸展方向：電子云不僅有確定的形狀，而且有一定的伸展方向。s電子云是球形對(duì)稱的，在空間各個(gè)方向伸展程度相同；p電子云在空間有三個(gè)互相垂直的伸展方向；d電子云有五種伸展方向；f電子云有七種伸展方向。軌道：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。按此推算，s、p、d、f四個(gè)亞層就分別有1、3、5、7個(gè)軌道。所以每個(gè)電子層可能有的最多軌道數(shù)應(yīng)為n可編輯可編輯精品文檔，歡迎下載精品文檔，歡迎下載可編輯精品文檔，歡迎下載2。電子層nKLMN電子亞層1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f電子層空間伸展方向（亞層中軌道數(shù)）球形131351357個(gè)電子層中軌道數(shù)149163.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)。電子的自旋有兩種狀態(tài)，相當(dāng)于順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较?。平時(shí)我們用↑↓兩種不同箭頭來(lái)表示不同的自旋狀態(tài)。綜上所述：1．電子在核外空間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是十分復(fù)雜的，必須由它所處的電子層、電子亞層、電子云的空間伸展方向和自旋狀態(tài)四個(gè)方面來(lái)決定。其中電子層、電子亞層、電子云的空間伸展方向跟電子在核外空間的位置有關(guān)，確定了電子在核外空間運(yùn)動(dòng)的軌道。因此，當(dāng)我們要說(shuō)明一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，必須同時(shí)指明它處于什么軌道和哪一種自旋狀態(tài)。2．電子的能量與電子層、電子亞層有關(guān)，而與電子云的伸展方向、電子的自旋無(wú)關(guān)。在同一電子層，同一亞層上的不同電子具有相同的能量。如：E（2px）=E（2py）=E（2pz）3．一般來(lái)說(shuō)n越大，電子能量越高，即能量低電子通常在離核近的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，能量高的電子在離核遠(yuǎn)的區(qū)域運(yùn)動(dòng)。4．同一電子層，電子能量按s、p、d、f順序增加【例題】已知某元素I1→I8（kJ·mol-1）數(shù)據(jù)如下：I1=577I2=1820I3=2740I4=11600I5=14800I6=18400I7=23400I8=27500試推測(cè)該元素最外層有幾個(gè)電子？三.原子核外電子排布遵循三條規(guī)律1.Pauli不相容原理：在同一個(gè)原子里沒(méi)有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)四個(gè)方面完全相同的兩個(gè)電子存在。由此我們可以知道，在原子核外電子的排布中，排在同一軌道(電子層，電子亞層，電子空間伸展方向均相同)上的兩個(gè)電子，自旋方向就相反；而自旋方向相同的電子，必然處于不同的軌道上。也就是說(shuō)：在一個(gè)軌道上最多只能容納自旋方向相反的兩個(gè)電子，我們已經(jīng)知道每個(gè)電子層最多可能有的軌道數(shù)為n可編輯可編輯精品文檔，歡迎下載精品文檔，歡迎下載可編輯精品文檔，歡迎下載2個(gè)，所以，各電子層最多容納的電子數(shù)為2n2個(gè)。2．能量最低原理+52+523如：B原子電子式：；原子結(jié)構(gòu)示意圖：電子排布式：1s22s22p63s1