原子核外电子层排布

百度文库 - 让每个人平等地提升自我

1 原子核外电子的排布

教学目标

知识技能：了解原子核外电子运动的特征和电子云的概念，明确微观粒子和宏观物体的运动有不同的规律；初步掌握原子核外电子排布规律，会画1～20号元素原子和离子结构示意图；会根据原子、阳离子和阴离子的质子数和核外电子数之间的关系进行有关的计算。

能力培养：培养学生的观察能力、分析能力和抽象思维的能力。

科学思想：通过微观粒子与宏观物体运动的分析，培养学生辩证思维的思想。

科学品质：对学生进行严格的科学态度教育。

科学方法：通过观察、学会分析，归纳，总结问题。

重点、难点

电子云概念；原子核外电子排布的规律；1～20号元素原子和离子结构示意图；根据原子、阳离子和阴离子的质子数和核外电子数之间的关系进行有关的计算。

教学过程设计

教师活动 学生活动 设计意图

【引入】日常生活中，我们经常接触到一些运动着的物体，如：

【软件演示】

奔驰在公路上的汽车；飞行的炮弹；围绕地球作高速运转的人造卫星；遨游在浩瀚太空的宇宙飞船……它们的运动和原子核外电子这样的微观粒子的运动有什么区别呢？原子核外的电子到底是如何运动的？有什么特点？原子核外电子的排布有何规律？这是我们这节课要研究的主要内容。

观察软件演示的各个运动物体的动画画面，思考宏观物体的运动规律。

通过栩栩如生的动画画面，激发学生的求知欲，为新课的学习奠定情感的基础。

【板书】 百度文库 - 让每个人平等地提升自我

2 第二节原子核外电子的排布

【设问】

核外电子的运动和宏观物体的运动有什么不同？

续表

教师活动 学生活动 设计意图

【板书】

一、原子核外电子运动的特征

【软件演示】

宏观物体运动和核外电子运动的区别：

1．宏观物体运动速度和核外电子运动速度相比可忽略不计。 在思考问题的过程中，通过观察软件演示的有关核外电子和宏观物体相对比的数据，比较宏观物体和核外电子运动的不同。

电子层排布规律

电子层排布规律如下：

核外电子排布规律⑴各电子层最多容纳的电子数是2n2个(n表示电子层).⑵最外层电子数不超过8个(K层是最外层时,不超过2个).⑶核外电子总是尽先排布在能量最低的电子层,然后由里向外从能量低的电子层逐步向能量高的电子层排布(即排满K层再排L层,排满L层才排M层).

核外电子排布遵循泡利不相容原理、能量最低原理和洪特规则.（1）泡利不相容原理：一个原子轨道里最多只能容纳2个电子,而且自旋方向相反,这个原理被称为泡利原理.（2）能量最低原理：在不违背泡利不相容原理的前提下,核外电子总是尽先占有能量最低的轨道,只有当能量最低的轨道占满后,电子才依次进入能量较高的轨道.也就是尽可能使体系能量最低.（3）洪特规则：在等价轨道(指相同电子层、电子亚层上的各个轨道)上排布的电子将尽可能分占不同但能量相同的轨道,且自旋方向相同.后来经量子力学证明,电子这样排布可能使能量最低,所以洪特规则也可以包括在能量最低原理中.洪特规则实际上是泡利原理的推论,也是能量最低原理的要求.电子间存在两种重要的相互作用,一是库伦作用,无论自旋方向如何,相互接近时都会增加库伦排斥,而使体系能量升高.另一种是只存在于自旋平行电子之间的相互排斥,而泡利原理绝对禁止自旋平行的电子相互接近,因此自旋平行的电子必须尽可能的远离,即分占不同的兼并轨道.电子原理的结果削弱了库伦排斥作用,从而降低化学体系能量.作为洪特规则的特例,当等价轨道为全空,半满或全满时,这些状态下,总的电子云的分布是球形对称的,原子体系的能量最低,原子的电子排布是最不稳定的.全空p0d0f0半满p3d5f7全满p6d10f143.元素的金属性和非金属性跟原子结构的关系从化学的观点来看,金属原子易失电子而变成阳离子,非金属原子易跟电子结合而变成阴离子.元素的原子得失电子的能力显然跟原子核对外层电子特别是最外层电子的引力有着十分密切的关系.而原子核对外层电子的吸引力的强弱主要与原子核的核电荷数、原子半径和原子的电子层结构等有关.

电子层

electronic shell

电子层，或称电子壳，是原子物理学中，一组拥有相同主量子数n的原子轨道。

电子在原子中处于不同的能级状态，粗略说是分层分布的，故电子层又叫能层。电子层可用n（n=1、2、3…）表示，n=1表明第一层电子层（K层），n=2表明第二电子层（L层），依次n=3、4、5时表明第三（M层）、第四（N层）、第五（O层）。一般随着n值的增加，即按K、L、M、N、O…的顺序，电子的能量逐渐升高、电子离原子核的平均距离也越来越大。电子层可容纳最多电子的数量为2n^2。

电子层不能理解为电子在核外一薄层空间内运动，而是按电子出现几率最大的区域，离核远近来划分的。

亨利·莫斯莱和巴克拉首次于X-射线吸收研究的实验中发现电子层。巴克拉把它们称为K、L和、M(以英文子母排列)等电子层（最初 K 和 L 电子层名为 B 和 A，改为 K 和 L 的原因是预留空位给未发现的电子层）。这些字母后来被n值1、2、3等取代。

电子层（electronic shell）的名字起源于波尔模式中，电子被认为一组一组地围绕著核心以特定的距离旋转，所以轨迹就形成了一个壳。

电子在原子核外排布时，要尽可能使电子的能量最低。一般来说，离核较近的电子具有较低的能量，随着电子层数的增加，电子的能量越来越大；同一层中，各亚层的能量是按s、p、d、f的次序增高的。这两种作用的总结果可以得出电子在原子核外排布时遵守下列次序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、 3d、4p……

当原子处在基态时，原子核外电子的排布遵循三个原则：

(1)泡利不相容原理

(2)能量最低原理

(3)洪特规则

泡利不相容原理 我们已经知道，一个电子的运动状态要从4个方面来进行描述，即它所处的电子层、电子亚层、电子云的伸展方向以及电子的自旋方向。在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电子存在，这就是保里不相容原理所告诉大家的。根据这个规则，如果两个电子处于同一轨道，那么，这两个电子的自旋方向必定相反。也就是说，每一个轨道中只能容纳两个自旋方向相反的电子。

二、原子核外电子的排布

[教学目标]

1、知识与技能目标

（1）了解元素原子核外电子排布的基本规律，能用原子（离子）结构示意图表示原子(离子)的核外电子排布

（2）了解原子核外电子的排布规律，元素的金属性和非金属性，元素的化合价、原子半径等随元素核电核数呈周期性变化的规律，认识元素周期率。

2、过程与方法目标

培养学生分析、处理数据的能力，尝试运用比较、归纳等方法对信息进行加工。

3．情感、态度与价值观

(1)初步体会物质构成的奥秘，培养学生的抽象思维能力、想像力和分析推理能力；

(2)树立“结构决定性质”、“物质的粒子性”等辩证唯物主义观点。

[教学重、难点]

构成原子的微粒间的关系和核外电子排布规律。培养分析、处理数据的能力,尝试运用比较、归纳等方法对信息进行加工。了解假说、模型等科学研究方法和科学研究的历程。

[教学过程]

[复习提问]

1.构成原子的粒子有哪些,它们之间有何关系?

2.为什么原子不显电性?

3.为什么说原子的质量主要集中原子核上?

[引言]我们已经知道，原子是由原子核和电子构成的，原子核的体积很小，仅占原子体积的几千亿分之一，电子在原子内有“广阔”的运动空间。在这“广阔”的空间里，核外电子是怎样运动的呢?

[板书]原子核外电子的排布

[交流与讨论1]原子在核外是怎样运动的?

[打开书P78页，阅读教材,核外电子是怎么排布的？用两个字概括。

【讲解】原子中的核外电子运动虽然没有固定的轨道（太阳系中的地球等有运动轨道），但却有经常出现的区域，这些区域叫做电子层。

【过渡】电子究竟是怎样分层排布的呢？

【投影】讲解：核外电子最少的有1层，最多的有7层，最靠近原子核的是第一层（K层）„„第一层的能量最低，第七层能量最高。[归纳]按能量高低分层排布。(能量由低到高)

K L M N O P Q …… 1 2 3 4 5 6 7 ……