4泡利原理和洪特规则

一、基态与激发态原子光谱1.基态与激发态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；二、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在多电子原子中，电子在能级上的排布顺序是：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：1s22s22p63s23p63d14s2，而不能按照填充顺序先写4s2后写3d1】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]4s1，其中[Ar]叫1三、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 2s2sp6 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)。

泡利不相容原理洪特规则能量最低原理教学反思泡利不相容原理、洪特规则和能量最低原理是原子结构和量子力学中的基本原理，对于理解原子和分子的性质非常重要。

以下是对这三个原理的教学反思：1. 泡利不相容原理：这个原理表明，在任何一个量子力学系统中，不可能有两个或更多的粒子处于完全相同的量子态。

理解这个原理的关键是让学生明白量子态是什么以及为什么粒子不能处于相同的量子态。

可以通过对比经典物理中的状态和量子力学中的状态来帮助学生理解这个概念。

此外，可以引导学生思考这个原理与日常生活中现象的联系，例如为什么气球会粘在墙上或者为什么电视机屏幕是光滑的。

2. 洪特规则：这个规则表明，在任何一个量子力学系统中，当粒子处于同一能级时，它们的自旋方向必然是相反的。

理解这个规则的关键是让学生明白自旋是什么以及为什么粒子必须具有相反的自旋方向。

可以通过对比经典物理中的角动量和量子力学中的自旋来帮助学生理解这个概念。

此外，可以引导学生思考这个规则与日常生活中现象的联系，例如为什么磁铁可以吸附铁钉或者为什么电动机可以转动。

3. 能量最低原理：这个原理表明，在任何一个自洽的量子力学系统中，系统的能量必须处于最低可能的状态。

理解这个原理的关键是让学生明白能量是什么以及为什么系统的能量必须处于最低状态。

可以通过对比经典物理中的势能和量子力学中的能量来帮助学生理解这个概念。

此外，可以引导学生思考这个原理与日常生活中现象的联系，例如为什么水会往低处流或者为什么物体会从高处掉落到低处。

通过以上反思，可以更好地帮助学生理解泡利不相容原理、洪特规则和能量最低原理这些重要的物理概念，并能够将它们应用到实际生活中。

同时，教师也可以根据学生的反馈和表现，不断改进教学方法和手段，提高教学效果和学生的学习效果。

核外电子排布遵循哪三项原则核外电子排布遵循的三项原则：
1、最低能量原理
2、泡利不相容原理
3、洪特规则
最低能量原理：
电子可看作是一种物质,也具有同样的性质，即它在一般情况下总想处于一种较为安全或稳定的一种状态基态，也就是能量最低时的状态。

当有外加作用时，电子也是可以吸收能量到能量较高的状态激发态，但是它总有要回到基态的趋势。

泡利不相容原理：
在同一个原子中没有也不可能有两个运动状态完全相同的电子。

洪特规则：
有两方面的含义：一是电子在原子核外排布时，将尽可能分占不同的轨道，且自旋平行；洪特规则的第二个含义是对于同一个电子亚层，当电子排布处于∶全满s2、p6、d10、f14半满s1、p3、d5、f7。

能量最低原理泡利不相容原理洪特规则
泡利不相容原理是物理学家约翰·泡利（John von Neumann）提出的一种理论，它指出，系统的能量和温度不能随意减少，当低温低能量系统存在时，高温高能量的系统就不可能存在了。

例如，一个物体处于高温高能量状态，如果你想将其降温，就不可能将它的温度降低到和另一个处于低温低能量的系统一样的水平，因为两个系统的能量差异会使它们的温度也存在差异。

洪特规则是一种物理性质定律，它规定，对于稳定状态的系统，其最底部能量水平是最低的，而系统往上几层能量水平会逐步增加。

这一定律是以物理学家卡尔洪特（Karl Hans Trotter）的名字命名的，他在20世纪50年代提出了这一定律。

它解释了为什么事物在稳定状态中有一个能量水平是最低的，因为一旦事物能量调整到了低温低能状态，其动量就将不再发生变化，最终成为其最底能量状态。

基于这两个定律，可以得出结论，一个系统的能量和温度最低就是它的最底部能量水平。

也就是说，如果一个物体的能量调整到了最底部，那么它的温度也会降低到最低点，而如果需要增加温度，则必须增加能量。

同样，如果要降低温度，则必须降低能量，并且由于泡利不相容原理，最低能量不能低于另一个低温低能量的系统。

因此，温度最低就是系统最低的能量水平，洪特定律的最低能量水平，满足泡利不相容原理的约束条件。

泡利不相容原理能量最低原理洪特规则泡利不相容原理是由奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利于1925年提出的。

该原理主要描述的是在原子或分子中，不能有两个或两个以上的粒子（如电子）处于完全相同的量子状态。

根据泡利不相容原理，每个电子必须具有唯一的一组量子数，包括主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数。

这意味着即使在同一原子中，两个电子也必须具有至少一个不同的量子数。

泡利不相容原理限制了电子的排布方式，使得原子和分子中的电子结构变得稳定和有序。

能量最低原理是在量子力学中的一个基本概念，它指出在任何系统中，自然趋向于取得能量最低的状态。

在原子和分子中，能量最低原理指出原子中的电子会按照一定规则填充能级。

电子首先填充较低能量的能级，然后逐渐向较高能量的能级填充。

这个填充顺序是根据洪特规则来确定的。

洪特规则是由洪特(Hund)于1925年提出的。

根据洪特规则，当填充原子中的电子时，电子首先会填充处于不同能级的轨道。

然后，在同一能级的轨道上填充电子时，电子趋向于尽可能地保持自旋方向相同，以最小化电子之间的相互排斥。

这种电子填充方式称为“单电子占据”或“零自旋规则”。

根据洪特规则，这一填充顺序能够使得原子和分子结构更加稳定和有序。

这三个原理为我们提供了理解原子和分子的结构以及元素周期表中特殊性质的重要理论基础。

泡利不相容原理限制了电子在原子和分子中的状态，使得不同元素和化合物具有不同的基本特性。

能量最低原理和洪特规则则解释了电子在原子和分子中的填充顺序，进一步揭示了原子和分子结构以及它们之间相互作用的基本规律。

这些原理不仅对于理解原子和分子的性质和行为有重要意义，也在化学、材料科学和纳米科学等领域中具有广泛应用。

第一章原子结构与性质第一节原子结构1.1.3泡利原理、洪特规则、能量最低原理【教材分析】本节从介绍原子的诞生，原子结构的发现历程入手，首先介绍能层、能级的概念，在原子的基态与激发态概念的基础上介绍电子的跃迁和光谱分析；然后给出构造原理并根据构造原理书写原子的核外电子排布；根据电子云与原子轨道等概念，进一步介绍核外电子的运动状态，并介绍了泡利原理、洪特规则、能量最低原理。

本节内容比较抽象，教学过程中应注意培养学生的空间想象能力、分析推理能力及抽象概括能力。

【课程目标】课程目标学科素养1、知道原子核外电子的排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理。

2、掌握1～36号元素的原子核外电子排布图(或叫轨道表示式)。

1.证据推理与模型认知：原子核外电子的排布遵循泡利原理、洪特规则和能量最低原理，依此可以掌握1～36号元素的原子核外电子排布图(或叫轨道表示式)【教学重难点】教学重点：1、掌握泡利原理、洪特规则和能量最低原理2、掌握1～36号元素的原子核外电子排布图教学难点：1～36号元素的原子核外电子排布图【教学过程】[旧知回顾][思考交流]为什么每个原子轨道中最多可容纳两个电子，那么这两个电子的运动状态有什么差异呢？[新课引入]只有1个最外层电子的钠原子光谱为什么会在光谱里呈现双线？为什么只有1个最外层电子的银原子在外加电场里加速飞行通过一个不对称磁场时会分成两束？归根结底，为什么一个原子轨道里能容纳两个电子？[过渡］原子光谱、构造原理都无法解释上述问题，带着这个问题，我们进入本节可的学习。

[讲解］量子力学告诉我们：ns能级各有一个轨道，np能级各有3个轨道，nd能级各有5个轨道，nf能级各有7个轨道。

每个能级最多可容纳的电子数:ns、np、nd、nf……分别最多可容纳的电子数2x1、2x3、2x5、2x7……，由此可知，每个轨道里最多能容纳2个电子，这2个电子容纳在同一原子轨道，也就意味着它们的空间运动状态相同。

《泡利原理、洪特规则、能量最低原理》教学设计
任务三：了解洪特规则
观察O的电子排布图，
分析电子排布过程中还有什么规律？
2、洪特规则
(1)定义：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。

哪一种轨道表示式正确表达了基态N原子核外电子的排布？写出第7号N元素时，发现问题，如：2p3的电子排布为，不能表示为或。

任务四：
1.忽视能量最低原理
如B：错写成
2.忽略泡利原理
如C：错写成
3.忽略洪特规则
如N：错写成
或
小结：[本节小结]核外电子排布规则
1.在d轨道中电子排布成，而不排布成，其直接根据是（）
A．能量最低原理B．泡利不相容原理
C．原子轨道能级图D．洪特规则
2. 以下原子属于基态原子的是（）
3．下列有关锂原子轨道表示式表示的状态中，能量最低的是()，能量最高的是（）
4.下列电子排布式或轨道表示式正确的是()
A．C的轨道表示式：
B．Ca的电子排布式：1s22s22p63s23p63d2
C．N的轨道表示式：
D．Br－的电子排布式：[Ar]3d104s24p6
核外电子排布遵循泡利原理、能量最低原理和洪特规则．能量最低原理就是在不违背。

洪特规则和泡利原理
洪特规则是物理学中描述能量守恒的规则之一。

它指出，在一个封闭系统中，能量既不能被创造出来，也不能被毁灭。

只能在不同形式之间转换。

这意味着能量的总量是恒定的。

泡利原理是描述自旋的量子力学原理。

根据泡利原理，自旋
1/2的粒子，如电子，具有两个可能的自旋状态，即上自旋和下自旋。

这两个自旋状态是互相正交且不可同时存在的。

洪特规则和泡利原理是物理学中非常重要的原理，它们在解释和理解各种物理现象和过程中起着重要作用。

这两个原理都是基于实验观测和理论推导得出的，它们帮助我们了解自然界中的能量转换和粒子自旋等基本现象。

泡利原理洪特规则
两种规则都是描述原子中电子排布的规律，其区别如下：
1. 泡利原理（Pauli Exclusion Principle）：在一个原子中，每个电子的四个量子数必须不同，即每个电子的自旋量子数必须不同，以避免两个电子占用相同的状态。

这条规则解释了为什么原子中的电子轨道不会填满。

2. 洪特规则（Hund's Rule）：在原子中，当具有相同能级的轨道可供电子占据时，电子首先填满未占据的轨道，直到所有未占据的轨道上均有一个电子为止。

这条规则解释了为什么某些元素中的电子轨道具有特定的填充顺序。