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第一节原子结构浩瀚宇宙宇宙是如何诞生？原子又是如何诞生的呢？思考交流现代大爆炸宇宙学理论认为，我们所在的宇宙诞生于一次大爆炸。大爆炸后越2小时，诞生了大量的氢、少量的氦以及极少量的锂。其后经过或长或短的发展过程，氢和氦发生原子核的融合反应，分期分批地合成其他元素。思考与交流宇宙中最丰富的元素是那一种？宇宙年龄有多大？地球年龄有多大？氢元素是宇宙中最丰富的元素，占88.6%（氦约为氢的1／8），其他90多种元素，它们的原子总数加起来不足1%。至今所有恒星仍在合成元素，而且所有这些元素都是已知的。宇宙年龄距今约140亿年。地球年龄已有46亿年。地球上的元素绝大多数是金属，非金属仅22种。一、原子的诞生19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。原子结构模型探究历程原子结构模型探究历程1904年汤姆生发现了电子，提出了原子结构的“葡萄干面包”模型英国物理学家汤姆生J.J.Thomson,1856~1940原子是一个平均分布着正电荷的阳极球，其中均匀镶嵌着许多电子，中和了电荷，从而形成了中性原子。1911年英国物理学家卢瑟福（汤姆生的学生）提出了原子核式模型原子结构模型探究历程原子是由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成。原子核的质量几乎等于原子的全部质量，电子在原子核外空间绕核做高速运动。1949年，大名鼎鼎的杨振宁在美国，和自己的好兄弟邓稼先留下了这张照片。左边杨振宁，右边邓稼先，邓稼先1米80的大个子，身躯凛凛，相貌堂堂，清秀的眉眼能惊艳时光，浑身上下都透出一股正气！他与杨振宁是同乡、校友、1913年丹麦物理学家波尔（卢瑟福的学生）引入量子论观点，提出新的原子壳层结构模型原子结构模型探究历程当原子只有一个电子时，电子沿特定球形轨道运转；当原子有多个电子时，它们将分布在多个球壳中绕核运动。不同的电子运转轨道是具有一定级差的稳定轨道。研究核外电子排布规律1926年海森伯（玻尔的学生）和薛定谔等提出了原的量子力学模型—电子云模型，奠定现代原子结构模型。德国物理学家海森伯WernerHeisenberg，1901~1976原子结构模型探究历程奥地利物理学家薛定谔E.Schrodinger,1887~1961现代物质结构学说氢原子电子云图研究核外电子运动规律道尔顿实心球模型（1803）汤姆生葡萄干面包模型（1904）卢瑟福核式模型（1911）波尔壳式模型（1913）电子云模型（1926）原子结构模型探究历程二、能层与能级1、能层在多电子的原子核外电子的能量不同，按电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的能层。（2）能级能级表示方法及各能级所容纳的最多电子数：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。能级符号能层序数表示第一能层S能级【学与问】2.不同的能层分别有多少个能级，与能层的序数（n）间存在什么关系？总结①能层最多可容纳的电子数为2n2个。【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？总结②第一能层只有1个能级(1s)，第二能层有2个能级(2s和2p)，第3能层有3个能级(3s、3p和3d)，依次类推。即：能级数=能层序数。【学与问】3.英文字母相同的不同能级中所容纳的最多电子数是否相同？总结③不同能层中的s能级，所容纳的电子数是相同的，但能量是不同的。以s、p、d、f···排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7···的二倍!各能层能级能量关系【学与问】4.归纳总结同一能层不同能级能量大小？英文字母相同的不同能级能量大小？总结④能量大小：ns＜np＜nd＜nf1S＜2S＜3S＜4S根据归纳总结，试写出K原子结构示意图？猜想一：猜想二：问题探究结论：上述电子填充顺序不是完全按照能层由低到高的顺序排布的，出现了能级交错现象，科学家归纳大量的光谱事实得出能级排布顺序——构造原理。三、构造原理与电子排布式构造原理：P5随原子核电荷数递增，绝大多数基态原子核外电子的排布按右图所示的能级填充。这种规律称为构造原理。图中每一行代表一个能层，每个小圆圈表示一个能级，圆圈连接方向表示电子填充顺序。【思考】：如何记忆？有何规律？能级交错：有些能层高的能级的能量比能层低的能级能量低的现象。76543214f1s2s3s4s5s6s7s2p3p4p5p6p7p6d5d4d3d5f1、构造原理示意图2、构造原理（绝大多数基态原子核外电子排布的能级顺序）：1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p在构造原理示意图中，核外电子并不是按照能层由低到高的顺序填入，而是按照示意图的方向即能级能量由低到高顺序依次填入，这种排布顺序称为构造原理。思考交流根据构造原理归纳总结各能级的能量高低顺序规律3、构造原理中排布顺序的实质——各能级的能量高低顺序(1)相同能层的不同能级的能量高低顺序：(2)英文字母相同的不同能级的能量高低顺序：(3)不同能层不同能级可由下面的公式得出:ns＜np＜nd＜nf1s＜2s＜3s＜4s；2p＜3p＜4p;3d＜4dns＜(n-1)d＜np(n为能层序数)ns＜(n-2)f＜(n-1)d＜np(n为能层序数)怎样用能层，能级表示原子核外电子排布？思考交流4、电子排布式：氢H钠Na铝Al1s22s22p63s11s22s22p63s23p11s1（1）定义：用核外电子分布的能层及能级上的电子数来表示电子排布的式子。用1、2…表示能层，s、p…表示能级，在能级符号右上角用数字表示各能级的电子数就可得到基态原子的电子排布式。如：（2）电子排布式(三步法)第一步：按照构造原理写出电子填入能级顺序第二步：根据各能级容纳的电子数依次填充电子第三步：按照能级顺序排列，不能按照能级填充顺序排列归纳总结典例26Fe:1s22s22p63s23p63d64s2请书写26Fe原子的核外电子排布式。1s22s22p63s23p64s23d63锂Li4铍Be5硼B6碳C7氮N8氧O9氟F10氖Ne1s22s11s22s21s22s22p11s22s22p21s22s22p31s22s22p41s22s22p51s22s22p6练习1请写出第二、三周期3~18号元素原子的电子排布式。11钠Na12镁Mg13铝Al14硅Si15磷P16硫S17氯Cl18氩Ar1s22s22p63s11s22s22p63s21s22s22p63s23p11s22s22p63s23p21s22s22p63s23p31s22s22p63s23p41s22s22p63s23p51s22s22p63s23p6讨论横线处电子排布有什么共性？19钾K:20钙Ca:21钪Sc：22钛Ti：23钒V：24铬Cr：25锰Mn：1s22s22p63s23p63d24s21s22s22p63s23p63d14s21s22s22p63s23p63d54s11s22s22p63s23p63d34s2请写出第四周期19—36号元素原子的基态电子排布式。练习21s22s22p63s23p64s21s22s22p63s23p64s21s22s22p63s23p63d54s226铁Fe:27钴Co:28镍Ni：29铜Cu：30锌Zn：1s22s22p63s23p63d104s11s22s22p63s23p63d64s21s22s22p63s23p63d74s21s22s22p63s23p63d84s21s22s22p63s23p63d104s231镓Ga：32锗Ge：33砷As：34硒Se：35溴Br：36氪Kr：1s22s22p63s23p63d104s24p11s22s22p63s23p63d104s24p21s22s22p63s23p63d104s24p31s22s22p63s23p63d104s24p41s22s22p63s23p63d104s24p51s22s22p63s23p63d104s24p6[Ne]3s1练习：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？上式中括号里的符号的意义是该元素上一周期稀有气体电子排布结构ns2np6(He：1s2)Na的简化电子排布：[He]2s22p4[Ne]3s23p2[Ar]3d64s2O：Si：Fe：（3）简化电子排布式：将电子排布式中的内层电子排布用相应的稀有气体元素符号加中括号来表示的式子。如：注意1s22s22p63s23p63d54s11s22s22p63s23p63d104s124号铬：29号铜：1～36号元素中是否都遵循构造原理？讨论（4）当同一能级上的电子排布为全充满（p6、d10、f14），半充满（p3、d5、f7）或全空（p0、d0、f0）时具有较低能量和较高稳定性。总结（绝大多数基态原子核外电子排布遵循构造原理，在追求低能量和高稳定的路上虽有坎坷和挫折，坚持理想和追求，不退缩不放弃！）一切自然变化进行的方向都是使能量降低，因为能量较低的状态比较稳定，此谓能量最低原理。人是自然界的一员，也适用于此原理。所以人才会通过各种方式发泄和排解自己的各种能量。这其中包括喜怒哀乐等情绪以运动。不过释放能量的方式还是要注意的，如小孩本身不能存储过多的情绪，想哭就哭、想笑就笑，没有太大的冲击；而成人能够容纳很多的能量，所以感情更深沉丰富。但也有弊端，如果这些能量不能合理的排解，一旦冲垮理智的大坝，后果不堪设想。因此我们提升自身修养与胸怀的同时，一定要时刻注意心理能量的警戒线，及时合理宣泄自身的情绪。有容乃大，无欲则刚。四.能量最低原理、基态与激发态、光谱1、能量最低原理: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。2、基态原子:处于最低能量的原子(稳定)电子放出能量↓电子吸收能量激发态原子:基态原子的电子吸收能量后电子会跃迁到较高的能级,变为激发态原子。(不稳定)↓如：Na1s22s22p63s1如：Na1s22s22p63p1思考电子的跃迁是物理变化还是化学变化？电子的跃迁并不是原子失去或得到电子，只是从一个能级跃迁到另一个能级，所以电子跃迁是物理变化，不是化学变化。节日燃放的焰火电子从能量较高的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将释放能量，光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。焰色反应就是某些金属原子的电子在高温火焰中，接受了能量，使原子外层的电子从基态跃迁到激发态；处于激发态的电子是十分不稳定的，在极短的时间内（约10－８s）便跃迁到基态或较低的能级上，并在跃迁过程中将能量以一定波长（颜色）的光释放出来。由于各种元素的能级是被限定的，因此在向基态跃迁时释放的能量也就不同。碱金属及碱土金属的能级差正好对应于可见光范围，于是我们就看到了各种色彩。焰火呈现五颜六色的原因3、原子光谱基态原子激发态原子吸收能量释放能量发射光谱吸收光谱能量较高能量最低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和发射光谱。4、光谱分析：锂、氦、汞的吸收光谱锂、氦、汞的发射光谱在历史上，许多元素是通过原子光谱发现的。利用原子光谱的特征谱线发现和鉴定元素。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。绝大多数基态原子核外电子排布遵循构造原理！原子核外电子是如何运动的呢？思考：宏观物体（卫星）与微观物体(电子)的运动有什么区别？五、电子云与原子轨道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。电子质量小，运动空间小，运动速度大，电子有波粒二象性。它不像宏观物体的运动那样有确定的轨道，因此画不出它的运动轨迹，不能预言它在某一时刻究竟出现在核外空间的哪个地方，只能知道它在某处出现的机会的多少。微观电子的运动特征：我们不可能像描述宏观运动物体那样，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，而只能确定它出现在原子核外空间各处的概率。如何描述电子的运动状态呢