1.1.2原子结构-构造原理

1.1---原子结构Atomic structure一、能层与能级1.能层shell-----又称主量子数(principal quantum number)，用n表示；①原子核外的电子是分层排布的：根据电子的能量差异，可将核外电子分成不同的能层，从内到外依次为1、2、3、4、5、6、7能层，依次用符号K、L、M、N、O、P、Q表示；②每一能层最多容纳的电子数不同：最多容纳的电子数为2n2(n为能层序数)个；③离核越近的能层具有的能量越低；④能层的表示方法及每一能层所能容纳的最多电子数见下表：能层n 1 2 3 4 5 6 7 …能层符号K L M N O P Q …电子≤2n2 2 8 18 32 …………离核远近近→远能量高低低→高2.能级level-----又称角量子数(azimuthal quantum number)，用l表示；①能级的表示方法见下表：能层K L M N O …能级1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f……各能级最多容2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 ……纳的电子数各能层最多容2 8 18 32 50 …纳的电子数最多容纳2n2(n为能层序数)个 e②在多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同；不同能量的电子可分为不同的能级，如同一能层的电子可分为s、p、d、f…能级；③在第n能层中，各能级能量的大小顺序是：E ns<E np<E nd<E nf；④每一能层的能级总是从s能级开始，且能级数等于该能层序数，即第n能层就有n个能级；Mendeleyev，1834--1907 Bohr，1885--1962二、基态与激发态原子光谱1.基态与激发态ground state & excited state处于最低能量的原子叫做基态原子(ground state atom)；基态是原子最基本的状态，是稳定的状态；当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(excited atom)；激发态原子不稳定，电子又会跃迁到能量较低的能级，并释放能量；其转化关系如下：光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一，在日常生活中，我们看到的许多可见光，如灯光、激光、焰火……都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关；2.原子光谱atomic spectrum①原子光谱：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；②发射光谱(emission spectrum)是暗色背景的明亮谱线，吸收光谱(absorption spectrum)则是明亮背景的暗色谱线，两者谱线一一对应(因为两个能级之间电子跃迁，吸收的能量和释放的能量相同)；※铯cesium，1860年发现，其光谱图中有特征的蓝光，在拉丁语里，铯的含意是天蓝色；※铷rubidium，1861年发现，其光谱图中有特征的红光，在拉丁语里，铷的含意是深红色；※氦helium，1868年分析太阳光谱发现的，来源于希腊文，原意是“太阳”；③原子光谱的应用不同元素产生不同的原子光谱，在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析(spectrum analysis)，历史上，利用光谱分析也曾发现了许多新元素；④玻尔的理论成功地说明了原子的稳定性和氢原子光谱线规律，但对稍复杂一点的原子如氦原子，玻尔理论就无法解释它的光谱现象；三、构造原理与电子排布式1.多电子原子核外电子的排布顺序电子最先排布在能量低的能级上，然后依次排布在能量较高的能级上；2.构造原理aufbau principle随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素原子的核外电子是按照如图所示的能级顺序填充的，填满一个能量低的能级后，再填一个能量高的新能级，这种规律称为构造原理；3.能级交错现象energy level overlap phenomenon由构造原理可知，从第三能层开始各能级不完全遵循能层顺序，产生了能级交错排列，即产生“能级交错”现象；【产生原因：钻穿效应、屏蔽效应】【H原子由于核外只有一个电子，没有屏蔽效应，不存在能级交错，所以能级的能量高低只取决于主量子数；对于3d、4s、4p，显然3d小于4s等于4p】4.电子排布electronic configuration①根据构造原理可表示出一些元素原子的电子排布式，先按能量由低到高的顺序依次写出能级 符号，再用数字在能级符号右上角表明各能级上排布的电子数，这就是原子的电子排布式；【在书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，不能按填充顺序写，例如钪Sc 的电子 排布式为：1s 22s 22p 63s 23p 63d 14s 2，而不能按照填充顺序先写4s 2后写3d 1】②电子排布式的简化写法为了避免电子排布式过于繁琐，可以把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应的 稀有气体元素符号外加方括号表示，例如：K 的电子排布式可表示为：[Ar]4s 1，其中[Ar]叫 1四、电子云与原子轨道 electron cloud & atomic orbital1.核外电子运动的特点核外电子质量非常小(kg m e 311010953.9-⨯=)，且运动速度快，不能同时准确地测定它的位置和 速度，更无法确定具有一定空间运动状态的核外电子在某个时刻处于原子核外空间何处；2.核外电子运动状态的描述---电子云(electron cloud )①电子云的定义虽然无法确定核外电子在某个时刻处于原子核外空间何处，但可以确定它出现在原子核外各 处的概率(probability )，下图就是1s 及2p 电子在原子核外出现的概率密度(probability density ) 分布图：小黑点越密，表明概率密度越大，表示电子在那里出现的概率越大；小黑点稀疏的地方，表明概率密度小，表示电子在那里出现的概率小；这种形象描述电子在空间出现的概率大小的图像称为电子云(electron cloud )；【概率密度通常用VP 表示，P 表示电子在某处出现的概率，V 表示该处的体积】 ②电子云轮廓图电子云图很难绘制，使用不便，我们常使用电子云轮廓图；绘制电子云轮廓图的目的是表示 电子云轮廓的形状，对核外电子的空间状态有一个形象化的简便描述；绘制时只需注意不同空间状态的电子云轮廓图的标准一致即可；一般情况，把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来即可；③电子云轮廓图汇总3.原子轨道atomic orbital①concept ：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(atomic orbital )； 原子的电子云轮廓图可以表示电子在原子核外的一个空间运动状态，也叫做原子轨道； ②原子轨道的空间伸展方向s 电子的电子云轮廓图是球形的，ns 能级只有一个轨道，可以表示为： ；p 电子的电子云轮廓图是哑铃形的，np 能级有 3个轨道，可表示为： ；d 电子的电子云轮廓图是花瓣形的，nd 能级有5个轨道，可表示为： ； nf 能级有7个轨道，可表示为： ；③各原子轨道的能量高低多电子原子中，电子填充原子轨道时，原子轨道能量的高低存在如下规律：A.相同能层上原子轨道能量的高低顺序为：ns <np <nd <nf …B.形状相同的原子轨道能量的高低顺序为：1s<2s<3s<4s…C.能层和形状相同的原子轨道的能量相同，如2p x、2p y、2p x轨道的能量是相等的，同理，同能层d能级的5个轨道的能量相同，同能层f能级的7个轨道的能量也相同；【同一能层中的同一能级中所有轨道能量相同，称为简并轨道】④磁量子数(magnetic quantum number)：决定原子轨道(电子云)在空间的伸展方向，用m表示；五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理1.电子自旋与泡利原理spin of the electron & Pauli exclusion principle①电子自旋spin of the electron量子力学告诉我们，电子除了空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋；电子自旋可比喻成地球的自转；电子的自旋有顺时针和逆时针两种相反的状态，常用上下箭头“↑”“↓”表示；【电子自旋(spin of the electron)是电子的基本性质之一，属于量子物理学科，电子自旋先由实验上发现，然后才由狄拉克(Dirac)方程从理论上导出的】【自旋量子数(spin quantum number)是描述电子自旋运动的量子数，自旋磁量子数用m s表示，即↑代表正方向自旋电子，↓代表逆方向自旋电子】②泡利原理Pauli exclusion principle1925年，泡利正式提出，在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子(通常称为电子对)，而且它们的自旋状态相反，称为泡利原理(也称泡利不相容原理)；Pauli，1900--1958 Dirac，1902--1984 Hund，1896--19972.电子排布图原子核外电子排布可利用电子排布图来表示，这是用方框(或圆圈)和箭头表明核外电子排布的另一种方法，也叫轨道表示式；每一个方框表示一个轨道，能量相同的轨道连在一起，与电子排布式相比，它具有轨道上自旋方向和成键时电子变化明晰的特点，但是稍微麻烦些，书写时先写元素符号，再根据能量最低原理、泡利原理、洪特规则等书写，例如：3.洪特规则Hund rule基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行，称为洪特规则；洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子；【洪特规则特例】在等价轨道(同一能级)上的电子排布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，具有较低的能量和较大的稳定性，可以理解为洪特规则特例；例如：铬(24Cr)：[Ar]3d54s1正确，[Ar]3d44s2错误；铜(29Cu)：[Ar]3d104s1正确，[Ar]3d94s2错误；4.能量最低原理lowest energy principle①基态是能量最低的状态，基态原子的电子排布式能量最低的原子轨道组合；②在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低，这就是能量最低原理lowest energy principle；③多电子原子的核外电子要先占据能量低的能层，在能量低的能层中又优先占据能量低的能级，然后再依次进入能量较高的能层，这样使整个原子处于最低的能量状态，原子轨道能量的高低依据构造原理来判断；5.补充：26Fe：1s2 2s22p6 3s23p63d6 4s2①电子的运动状态=电子数；(26)②电子的空间运动状态=电子所占的轨道数；(15)③电子的运动范围=能层数；(4)④电子的能量=能级数；(7)Planck，1858--1947。

第１章原子结构与结合健前言材料是国民经济的物质基础。

通过实践和研究表明：决定材料性能的最根本的因素是组成材料的各元素的原子结构，原子间的相互作用、相互结合，原子或分子在空间的排列分布和运动规律以及原子集合体的形貌特征等。

为此，我们需要了解材料的微观构造，即其内部结构和组织状态，以便从其内部的矛盾性找出改善和发展材料的途径。

金属键既无饱和性又无方向性，因而每个原子有可能同更多的原子相结一般离子晶体中正负离子静电引力较强，结合牢固。

因此。

其熔点和硬度均较高。

另外，在离子晶体中很难产生自由运动的电子，因此，它们都是copyright(c) 2004 材料工程学院v1.0 版权所有1.2 原子间的键合1.2.1 金属键金属中的自由电子和金属正离子相互作用所构成键合称为金属键。

金属键的基本特点是电子的共有化。

金属键既无饱和性又无方向性，因而每个原子有可能同更多的原子相结合，并趋于形成低能量的密堆结构。

当金属受力变形而改变原子之间的相互位置时，不至于使金属键破坏，这就使金属具有良好延展性，并且，由于自由电子的存在，金属一般都具有良好的导电和导热性能。

1.2.2 离子键大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合。

离子键键合的基本特点是以离子而不是以原子为结合单元。

一般离子晶体中正负离子静电引力较强，结合牢固。

因此。

其熔点和硬度均较高。

另外，在离子晶体中很难产生自由运动的电子，因此，它们都是良好的电绝缘体。

但当处在高温熔融状态时，正负离子在外电场作用下可以自由运动，即呈现离子导电性。

1.2.3 共价键两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。

共价键键合的基本特点是核外电子云达到最大的重叠，形成“共用电子对”，有确定的方位，且配位数较小。

中硅和氧原子间的共价键示意图图1.6 sio2共价键在亚金属（碳、硅、锡、锗等）、聚合物和无机非金属材料中均占有重要地位。

共价键晶体中各个键之间都有确定的方位，配位数比较小。

第一章原子结构与性质第一节原子结构第2课时构造原理与电子排布式电子云与原子轨道【典例1】（2021·河北·石家庄一中高二期末）下列说法正确的是A．不同的原子轨道形状一定不相同B．p轨道呈哑铃形，因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形C．2p能级有3个p轨道D．氢原子的电子运动轨迹呈球形【答案】C【解析】A．不同能级的原子轨道形状可以相同，如1s、2s能级的原子轨道都是球形，只是半径不同，故A错误；B．现在的技术无法测定电子在原子核外的运动轨迹，原子轨道只是体现电子的运动状态，故B错误；C．任何电子层的p能级都有3个p轨道，故C正确；D．根据B项分析，氢原子s轨道呈球形，并不是电子运动轨迹呈球形，故D错误；答案选C。

【典例2】（2021·新疆·乌鲁木齐市第四中学高二期末）下列各原子或离子的电子排布式错误．．的是A．Al 1s22s22p63s23p1B．S2-1s22s22p63s23p4C．Na 1s22s22p63s1D．F 1s22s22p5【答案】B【解析】A．Al为13号元素，核外有13个电子，则其核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，故A正确；B．S为16号元素，核外由16个电子，而S2-核外有18个电子，3p轨道也被填满，即1s22s22p63s23p6，故B错；C．Na为11号元素，核外有11个电子，则其核外电子排布式为1s22s22p63s1，故C正确；D．F为9号元素，核外有9个电子，则其核外电子排布式为1s22s22p5，故D正确；答案选B。

【典例3】（2021·四川省资阳中学高二期中）下列说法中正确的是A．1s电子云呈球形，表示电子绕原子核做圆周运动B．电子云图中的小黑点密度大，说明该原子核外空间电子数目多C．处于最低能量的原子叫基态原子D．3d3表示3d能级有3个原子轨道【答案】C【解析】A．电子云中小黑点不代表电子，1s电子云呈球形是表示电子在该球形区域出现的几率大，A错误；B．电子云是用小黑点表示电子在核外空间某处出现的概率，小黑点不代表电子，小黑点的疏密表示电子出现概率的大小，B错误；C．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，C正确；D．3d3表示第三能层d能级有3个电子，d能级有5个轨道，D错误；故选C。

原子结构构造原理的应用1. 简介原子结构是物质的基本单位，理解和应用原子结构的构造原理对于理解和创新各种材料和技术具有重要意义。

本文将介绍一些基本的原子结构构造原理，并阐述它们在不同领域的应用。

2. 原子构造原理及应用2.1 原子核结构原子核是原子的重要组成部分，它由质子和中子组成。

原子核的结构原理是质子和中子通过强相互作用力相互束缚。

此原理在以下方面应用:•核能技术: 利用核裂变或核聚变等方式释放出的巨大能量，用于发电和核武器等行业。

•医学影像学: 核医学中利用放射性同位素释放的γ射线来进行诊断和治疗。

2.2 电子轨道结构电子轨道是电子在原子周围运动的路径，根据波尔理论，电子存在于特定的能级和轨道上。

该原理在以下方面应用:•半导体技术: 半导体材料中的电子轨道结构决定了其电子传输性质，因此对于半导体器件的设计和优化具有重要意义。

•光电子技术: 电子在原子轨道上跃迁时放出或吸收光子，这为光电子器件的设计和应用提供了基础。

2.3 化学键结构化学键是原子之间的电子相互作用力，决定了分子和化合物的稳定性和性质。

该原理在以下方面应用:•化学合成: 了解化学键的构造原理可以指导化学合成的设计和实现，实现新材料、新药物的研发。

•材料科学: 化学键结构是材料的力学性能、导电性、磁性等性质的决定因素，因此在材料科学领域具有重要作用。

2.4 量子化学结构量子化学是研究原子、分子在微观尺度上的性质和相互作用的学科，其基本原理是量子力学。

此原理在以下方面应用:•药物研发: 量子化学的计算方法可以帮助研究人员预测分子的性质和相互作用，以加速药物的发现和设计。

•环境科学: 量子化学的理论和模拟方法可以帮助研究人员了解分子在大气、水体和土壤中的传输和反应行为。

3. 总结原子结构构造原理的应用涉及广泛，从核能技术到医学影像学，从半导体技术到量子化学等领域都不可或缺。

理解和应用这些原理对于促进科学研究和技术创新具有重要意义。

通过深入研究原子结构构造原理及其应用，可以推动材料、医学、化学和环境等领域的进步和发展。

原子结构判断-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容应该对原子结构进行简要介绍，可以包括以下内容：原子是构成物质的最基本单位，它由原子核和围绕核运动的电子组成。

原子核位于原子的中心，由带正电荷的质子和带中性电荷的中子组成。

而电子则分布在围绕原子核的一系列能级轨道上。

原子结构的判断从不同层面来看，可以从原子的大小、质量、电荷数以及能级分布等方面进行判断。

原子的大小通常以原子半径来表示，较大的原子半径意味着原子整体较大；而原子的质量主要由质子和中子的质量决定，质量较大的原子通常更重；电荷数则由原子核中的质子数来决定，带有净正电荷的原子会有一个或多个额外的电子。

另外，原子的能级分布也是判断原子结构的重要指标之一。

在能级轨道上，电子按照一定的规则填充，每个能级轨道上的电子数有一定的限制。

这种填充规则被称为泡利不相容原理，它规定了每个能级上的电子自旋方向不能完全相同。

通过对原子结构的判断，可以更好地了解和解释原子的性质和行为。

对于化学、物理等领域的研究和应用都离不开对原子结构的认识和理解。

因此，正确认识和判断原子结构对于更深入地探索和理解物质世界具有重要的意义。

1.2 文章结构2. 文章结构:在本文中，我们将通过以下几个部分来探讨原子结构的判断方法。

2.1 原子结构要点1:在这一部分中，我们将介绍原子的基本组成，包括原子核、质子、中子和电子。

我们将探讨它们的特性和相互作用，以及它们在原子结构中的重要性。

2.2 原子结构要点2:在这一部分，我们将介绍原子的能级和电子排布。

我们将讨论原子中电子的能级分布以及它们所占据的轨道。

我们还将探讨电子的排布规则，如泡利不相容原理和奥克塔规则。

通过对原子核、质子、中子、电子的了解，以及对能级和电子排布的研究，我们可以更好地判断和理解原子的结构和性质。

这对于化学、物理等领域的研究具有重要意义。

接下来，在第三部分中，我们将总结本文的要点，并给出一些关于原子结构判断的结论。