絢 麗 壯 觀 的 焰 火 增 加 了 節(jié) 日 歡 樂 的 氣 氛 ，都 市 夜 空 色 彩 奪 目 的 美 景 會 給 你 留 下 不 可 磨滅 的 記 憶 。 你 是 否 想 過 ， 這 給 你 帶 來 驚 異 和歡 樂 的 美 景 是 如 何 產(chǎn) 生 的 ？ 是 什 么 產(chǎn) 生 了 這不 同 顏 色 的 光 ？這 一 節(jié) 內(nèi) 容 的 學(xué) 習(xí) ， 將 會 幫 助 我 們 揭開 其 中 的 秘 密 。 一 、 原 子 結(jié) 構(gòu) 理 論 發(fā) 展 史 ： 道爾頓原子模型19世 紀(jì) 初 ， 英 國 科 學(xué) 家 道 爾 頓 提出 近 代 原 子 學(xué) 說 ， 他 認(rèn) 為 原 子 是微 小 的 不 可 分 割 的 實 心 球 體 。一 、人類認(rèn)識原子的歷史 人類認(rèn)識原子的歷史1903年 ， 湯 姆 遜 發(fā) 現(xiàn) 電 子 ， 并 提 出原 子 結(jié) 構(gòu) 的 “ 葡 萄 干 布 丁 ” 模 型 ， 開始 涉 及 原 子 內(nèi) 部 的 結(jié) 構(gòu) 盧瑟福原子模型人類認(rèn)識原子的歷史1911年 ， 盧 瑟 福 根 據(jù) 粒 子 散 射 實 驗 ， 提出 “ 核 式 ” 原 子 結(jié) 構(gòu)模 型 根據(jù)已經(jīng)知道的電磁運(yùn)動的規(guī)律，電子在運(yùn)動的時候會放出電磁波（能量）。因此，繞著原子核旋轉(zhuǎn)的電子，因為能量逐漸減小，應(yīng)當(dāng)沿著一條螺旋形的軌道轉(zhuǎn)動，離中心的原子核越來越近，最后碰在原子核上。這樣一來，原子就被破壞了。 實際上，原子很穩(wěn)定，有一定大小，并沒有發(fā)生這種電子同原子核碰撞的情況。這又怎樣解釋呢？ 波爾原子模型人類認(rèn)識原子的歷史1913年 ， 玻 爾 建 立 了 核 外 電 子 分 層 排 布的 原 子 結(jié) 構(gòu) 模 型 德 謨 克 利 特 ： 樸 素 原 子 觀道 爾 頓 ： 原 子 學(xué) 說湯 姆 生 ： “ 葡 萄 干 布 丁 ” 模 型盧 瑟 福 ： 原 子 結(jié) 構(gòu) 的 核 式 模 型玻 爾 ： 核 外 電 子 分 層 排 布 的 原 子 結(jié) 構(gòu) 模 型 現(xiàn) 代 量 子 力 學(xué) 模 型 18031903191119131926 核 外 電 子 的 運(yùn) 動 狀 態(tài) 是 怎 樣 的 ？科 學(xué) 家 通 過 研 究 光 譜 現(xiàn) 象 ， 進(jìn) 一 步 研 究 核外 電 子 的 運(yùn) 動 狀 態(tài) 。通 過 實 驗 表 明 氫 原 子 光 譜 是 線 狀 光 譜玻 爾 利 用 核 外 電 子 分 層 排 布 的 原 子 結(jié) 構(gòu) 模型 成 功 的 解 釋 了 這 一 實 驗 事 實 。 1） 運(yùn) 動 軌 跡 原子中的電子在具有確定半徑的圓周軌道（orbit）上繞核運(yùn)動時，并不吸收能量，也不輻射能量，電子處于定態(tài)。 不同軌道上運(yùn)動的電子具有不同的能量，而且能量是量子化的，即“一份一份”的，不能任意連續(xù)變 化而只能取某些不連續(xù)的值2） 能 量 分 布了 解 幾 個 概 念 3） 電 子 躍 遷 電子從一個軌道躍遷到另一軌道時，就要吸收或放出能量，兩個定態(tài)的能量差為E。如能量以光輻射的形式表現(xiàn)出來，就形成了光譜。 為 什 么 氫 光 譜 是 線 狀 光 譜 ？n=4n=3n=2n=1吸 收 能 量 釋 放 能 量 氫 原 子 從 一 個 電 子層 躍 遷 到 另 一 個 電子 層 時 ， 吸 收 或 釋放 一 定 的 能 量 ， 就會 吸 收 或 釋 放 一 定波 長 的 光 ，所 以 得 到 線 狀 光 譜 回過頭來看玻爾的理論玻 爾 原 子 結(jié) 構(gòu) 模 型（ 1） 行 星 模 型點(diǎn) 撥 ： 這 里 的 “ 軌 道 ” 實 際 上 就 是 我 們 現(xiàn) 在 所 說 的 電 子 層 。（ 2） 定 態(tài) 假 設(shè)點(diǎn) 撥 ： 玻 爾 原 子 結(jié) 構(gòu) 理 論 認(rèn) 為 ： 同 一 電 子 層 上 的 電 子 能 量 完 全 相 同 。（ 3） 量 子 化 條 件點(diǎn) 撥 ： 量 子 化 條 件 的 內(nèi) 涵 是 各 電 子 層 能 量 差 的 不 連 續(xù) 性 。（ 4） 躍 遷 規(guī) 則 原 子 光 譜 產(chǎn) 生 的 原 因 ： 電 子 由 激 發(fā) 態(tài) 躍 遷 到 基 態(tài) 會 釋 放 出 能 量 ，這 種 能 量 以 光 的 形 式 釋 放 出 來 ， 所 以 就 產(chǎn) 生 光 譜 。 氫 原 子 光 譜 是 線 狀 光 譜 的 原 因 ： 氫 原 子 上 的 電 子 由 n=2的 激 發(fā) 態(tài) 躍 遷 到 n=1的 基 態(tài) ， 與 從 n=3的 激 發(fā) 態(tài) 躍 遷 到 n=2的 激 發(fā) 態(tài) ， 釋 放出 的 能 量 不 同 ， 因 此 產(chǎn) 生 光 的 波 長 不 同 。 1、 玻 爾 原 子 結(jié) 構(gòu) 模 型 要 點(diǎn) ：（ 1） 電 子 在 具 有 確 定 半 徑 圓 周 軌 道 上 繞 原子 核 運(yùn) 動 ， 并 且 不 輻 射 能 量 ；（ 2） 在 不 同 軌 道 上 運(yùn) 動 的 電 子 具 有 不 同 的能 量 ， 能 量 是 量 子 化 的 。（ 3） 電 子 發(fā) 生 躍 遷 時 ， 才 會 不 連 續(xù) 的 輻 射或 吸 收 能 量一 、 氫 原 子 光 譜 和 玻 爾 的 原 子 結(jié) 構(gòu) 模 型貢 獻(xiàn) ？ 運(yùn) 動 物 體 汽 車 炮 彈 人 造 衛(wèi) 星 宇 宙 飛 船 電 子速 率 （ Km/S) 0.03 2 7.8 11 2200核 外 電 子 的運(yùn) 動 特 征 ：乒 乓 球 直 徑 核 外 電 子 運(yùn) 動 空 間 范 圍410-2 m n10-10 m質(zhì) 量 小 ， 運(yùn) 動 空 間 極 小無 固 定 運(yùn) 動 軌 跡速 度 極 快 、 永 不 停 止這 說 明 核 外 電 子 的 運(yùn) 動 不 能 用 經(jīng) 典 的 運(yùn) 動 學(xué) 和 力 學(xué)來 描 述 （ 不 能 同 時 準(zhǔn) 確 地 測 定 它 的 位 置 和 速 度 ） ，科 學(xué) 家 采 用 統(tǒng) 計 的 方 法 來 描 述 電 子 在 原 子 核 外 某 一區(qū) 域 出 現(xiàn) 機(jī) 會 的 多 少 。二 、 原 子 核 外 電 子 的 運(yùn) 動 特 征 小 黑 點(diǎn) 的 疏 密 表 示 電 子 在 核 外 空 間 單位 體 積 內(nèi) 出 現(xiàn) 的 概 率 的 大 小 。氫 原 子 的 電 子 云 電 子 云 中 的 小 黑 點(diǎn) 意 義 ： 每 個 小 黑 點(diǎn) 并 不 表 示 原 子 核 外 的 一 個電 子 ,而 是 表 示 電 子 在 此 空 間 出 現(xiàn) 的 機(jī) 會（ 或 概 率 ） 。 電 子 云 密 度 大 的 區(qū) 域 說 明 電 子 出 現(xiàn) 的機(jī) 會 多 ， 而 電 子 云 密 度 小 的 區(qū) 域 說 明 電 子 出現(xiàn) 的 機(jī) 會 少 。電 子 云 ： 用 單 位 體 積 內(nèi) 小 點(diǎn) 的 疏 密 程 度 來 描 述 核 外 電子 在 原 子 核 外 單 位 體 積 空 間 出 現(xiàn) 的 概 率 的 大 小 所得 的 圖 形 叫 做 電 子 云 。 （ 一 般 用 小 黑 點(diǎn) 表 示 ） 問 題 ： 不 同 元 素 的 原 子 所 含 有 的 電 子 數(shù) 是 不 同 的 ，在 多 電 子 的 原 子 中 ， 各 個 電 子 在 原 子 核 外的 運(yùn) 動 狀 態(tài) 是 否 相 同 呢 ？ 各 個 電 子 具 有 的能 量 是 否 一 樣 呢 ？ 電 子 層 ： K L M N O P Q離 核 遠(yuǎn) 近 ： 近 遠(yuǎn) 能 量 高 低 ： 低 高1 2 3 4 5 6 7K L M N O P Q1.電 子 層 ： 按 電 子 能 量 的 高 低 及 離 核 遠(yuǎn) 近 劃 分 2. 能 級 量 子 力 學(xué) 研 究 表 明 ， 處 于 同 一 電 子 層 的 原子 核 外 電 子 ， 所 具 有 的 能 量 也 可 能 不 相 同 ， 電子 云 的 形 狀 可 能 不 完 全 相 同 ， 因 此 ， 對 同 一 個電 子 層 ， 還 可 分 為 若 干 個 能 級 。 n=1時 ， 有 1個 s能 級n=2時 ， 有 1個 s能 級 和 1個 p能 級n=3時 ， 有 1個 s能 級 、 1個 p能 級 和 1個 d能 級n=4時 ， 有 1個 s能 級 、 1個 p能 級 、 1個 d能 級 和 1個 f能 級 3. 原 子 軌 道 原 子 中 的 單 個 電 子 的 空 間 運(yùn) 動 狀 態(tài) 用 原 子軌 道 表 示 。軌 道 的 類 型 不 同 ， 軌 道 的 形 狀 也 不 同用 s、 p、 d、 f分 別 表 示 不 同 形 狀 的 軌 道形 狀 相 同 的 原 子 軌 道 在 原 子 核 外 空 間 還 有 不同 的 伸 展 方 向 電 子 層 序 數(shù) 越 大 原 子 軌 道 的 半 徑 越 大所 有 的 S能 級 原 子 軌 道 都 是 形 的 ，球1S能 級 只 有 個 軌 道S能 級 的 原 子 軌 道 圖 P的 原 子 軌 道 是 形每 個 P能 級 有 _個 軌 道 ， 它 們 互 相 垂 直 ，分 別 以 _、 _、 _為 符 號這 三 個 軌 道 的 能 量 相 等 。啞 鈴 （ 或 紡 錘 ）P原 子 軌 道 的 平 均 半 徑 也 隨 能 層 序 數(shù) 增 大 而 _3 PzPyPx 增 大x yz x yzx yzP能 級 的 原 子 軌 道 d能 級 的 原 子 軌 道 有 5個 . d能級的原子軌道f能 級 的 原 子 軌 道 有 7個 . （ 1） 原 子 軌 道 的 類 型 s原 子 軌 道 是 球 形 的 ， p原 子 軌 道 是 紡 錘 形 的 ； s軌 道 是 球 形 對 稱 的 ， 所 以 只 有 1個 軌 道 ； p軌 道 在 空 間 上 有 x、 y、 z三 個 伸 展 方 向 ， 所以 p軌 道 包 括 px、 py、 pz 3個 軌 道 ； d軌 道 有 5個 伸 展 方 向 （ 5個 軌 道 ） f軌 道 有 7個 伸 展 方 向 （ 7個 軌 道 ） ； 為 了 表 明 原 子 核 外 電 子 所 在 的 軌 道 ， 人們 將 表 示 電 子 層 的 n和 表 示 原 子 軌 道 形狀 的 s、 p、 d、 f結(jié) 合 起 來 表 示 軌 道 。例 如 ： 當(dāng) n=1時 ， 有 1個 原 子 軌 道 ， 記 作 1s當(dāng) n=2時 ， 有 4個 原 子 軌 道 ， 記 作 2s、 2px、 2py、 2pz當(dāng) n=3時 ， 有 9個 原 子 軌 道 ， 記 作 3s、 3px、 3py、 3pz和 5個 d軌 道 。 電 子 層 原 子 軌道 類 型 原 子 軌 道類 型 數(shù) 目 可 容 納 的電 子 數(shù) 目1 1s2 2s， 2p3 3s， 3p， 3d4 4s， 4p， 4d，4fn 1 24 89 1816 32n2 2n2（ 2） 各 電 子 層 包 含 的 原 子 軌 道 數(shù) 及 所最 多 容 納 的 電 子 數(shù) （ 3） 各 種 原 子 軌 道 的 能 量 高 低 ：電 子 層 和 形 狀 相 同 的 原 子 軌 道 的 能 量 相 等 ， 如 2p x、 2py、 2pz軌 道 的 能 量 相 等 。相 同 電 子 層 上 原 子 軌 道 能 量 的 高 低 ：ns np nd nf形 狀 相 同 的 原 子 軌 道 能 量 的 高 低 ：1s 2s 3s 4s 在 多 電 子 原 子 中 ， 電 子 填 充 原 子 軌 道 時 ，原 子 軌 道 能 量 的 高 低 存 在 如 下 規(guī) 律 ： 4.電 子 的 自 旋原 子 核 外 電 子 還 有 一 種 稱 為 “ 自 旋 ” 的運(yùn) 動 。 在 同 一 原 子 軌 道 里 ， 原 子 核 外 電子 的 自 旋 有 兩 種 不 同 的 狀 態(tài) ， 通 常 用 向上 箭 頭 “ ” 和 向 下 的 箭 頭 “ ” 來 表 示這 兩 種 不 同 的 自 旋 狀 態(tài) 。 總 結(jié) ：對 多 電 子 原 子 而 言 ， 核 外 電 子 的 運(yùn) 動 特 征 是 ：人 們 根 據(jù) 電 子 的 能 量 差 異 和 主 要 運(yùn) 動 區(qū) 域 的 不同 ， 認(rèn) 為 核 外 電 子 分 別 處 于 不 同 的 電 子 層 上 。這 些 電 子 層 分 別 是 ： K、 L、 M、 N等 .處 于 同 一 電 子 層 的 核 外 電 子 ， 可 以 在 不 同 類 型的 原 子 軌 道 上 運(yùn) 動 。 有 四 種 不 同 的 原 子 軌 道 分別 用 s、 p、 d、 f表 示 不 同 形 狀 的 軌 道 。形 狀 相 同 的 原 子 軌 道 在 原 子 核 外 空 間 還 有 不 同的 伸 展 方 向 。 S軌 道 有 一 種 伸 展 方 向 ， p軌 道 有3種 、 d軌 道 5種 、 f軌 道 7種 。核 外 電 子 的 自 旋 有 兩 種 不 同 的 自 旋 狀 態(tài) ， 通 常用 向 上 箭 頭 “ ” 和 向 下 的 箭 頭 “ ” 來 表 示 這兩 種 不 同 的 自 旋 狀 態(tài) 。 處 于 同 一 電 子 層 的 原 子 核 外 電 子 ， 也 可 以在 不 同 類 型 的 上 運(yùn) 動 。 這些 不 同 ， 也 不 同 。 s軌 道 是 對 稱 的 ,所 以 s軌 道 有 個 原子 軌 道 ； p軌 道 在 空 間 有 個 伸 展 方向 ,所 以 p軌 道 包 括 個 原 子 軌 道 ；d軌 道 有 個 原 子 軌 道 、 f 軌 道 有 個 原 子軌 道 。 每 一 個 原 子 軌 道 上 只 能 有 個 自 旋狀 態(tài) 相 反 的 核 外 電 子 。原 子 軌 道軌 道 類 型 軌 道 的 形 狀球 形 1x、 y、 zpx、 py、 pz 35 721. 填 空 ： 練 習(xí) 2.下 面 關(guān) 于 多 電 子 原 子 核 外 電 子 的 運(yùn) 動 規(guī)律 的 敘 述 正 確 的 是 （ ） A. 核 外 電 子 是 分 層 運(yùn) 動 的 B. 所 有 電 子 在 同 一 區(qū) 域 里 運(yùn) 動 C. 能 量 高 的 電 子 在 離 核 近 的 區(qū) 域 運(yùn) 動 D. 能 量 低 的 電 子 在 離 核 近 的 區(qū) 域 運(yùn) 動AD練 習(xí) 3. 有 下 列 四 種 軌 道 ： 2s、 2p、 3p、 4d， 其 中 能 量 最 高 的 是 （ ） A. 2s B. 2p C. 3p D. 4dD練 習(xí) 4. 用 “ ” “ ” 或 “ ” 表 示 下 列 各 組多 電 子 原 子 的 原 子 軌 道 能 量 的 高 低 3s 3p 2px 2py 3s 3d 4s 3p 練 習(xí) 5. 比 較 下 列 多 電 子 原 子 的 原 子 軌 道 能 量 的高 低 2s 2p 4s 3s 3p 4p 2s 2p 4s3s 3p 4p練 習(xí)