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第一节原子结构与化学键 一．原子核外电子的排布 现代原子结构理论认为，电子在原子核外高速运动，而且没有一定的轨道，所以，电子 在核外运动时就像一团带负电荷的云雾笼罩着带正电荷的原子核，因此，通常把核外电子的 运动比喻为电子云。原子结构理论进一步指出，核外电子是在不同层上运动，这些层叫做电 子层；电子层又分为若干亚层；亚层还有不同的轨道；而在每个轨道中运动的电子还有两种 不同的自旋。电子层、亚层、轨道、自旋四个方面决定了一个核外电子的运动状态。 不同元素的原子核外有不同数目的电子，这些电子是怎样在原子核外不同的电子层、亚 层和轨道中排布的？原子结构理论指出，电子在原子核外的排布遵循三条规律，即泡利不相 容原理、能量最低原理和洪特规则三条规律可以写出不同元素的电子排布式。 以上是对核外电子运动和排布的概括叙述。这一部分内容还应着重了解以下几点： 1．关于电子云的含义 电子云是一个形象的比喻，是用宏观的现象去想象微观世界的情景，电扇通常只有三个 叶片，但高速转起来，看到的却是一团云雾，像是叶片化成了云雾；电子在核外运动速度极 高，而且没有一定的轨迹，因而可以在想象中“看”到电子的运动“化”成了云雾，一团带 负电荷的云雾。因此电子云不是实质性的云雾，不能理解为由无数电子组成的云雾。应该指 出，氢原子核外只有一个电子，也仍可以用电子云来描述。 电子云常用由许多小黑点组成的图形表示。小黑点密集的地方表示在该处的单位体积 内，电子出现机会较多（或称为几率密度较大）。电子云图中单独一个小黑点没有任何意义。 2．关于电子层、亚层、轨道的意义 ①电子层——表示两方面意义：一方面表示电子到原子核的平均距离不同，另一方面表 示电子能量不同。K、L、M、N、O、P……电子到原子核的平均距离依次增大，电子的能量依次增高。 ②亚层——也表示两方面意义：一方面表示电子云形状不同，s 电子云是以原子核为中 心的球形，p 电子云是以原子核为中心的无柄哑铃形，d 和f 电子云形状更复杂一些；另一方面，表示能量不同，s、p、d、f 电子能量依次增高。 ③轨道——在一定的电子层上，具有一定的形状和伸展方向的电子云所占据的空间，称 为一个轨道。关于轨道的含义可以这样理解。轨道是指一个立体的空间；是原子核外电子云 所占据的特定的空间；这个空间的大小、形状分别由电子层、亚层决定。除了s 电子云是球 形外，其余亚层的电子云都有方向，有几个方向就有几个特定空间，即有几个轨道。所以， 轨道可以说是原子核外每个s 亚层和其余亚层的每个方向上的电子云所占据的特定的空间。 每一个原子核外都有许多电子层、亚层，因此，每个原子核外都有许多轨道。 p、d、f 亚层的电子云分别有3 个、5 个和7 个伸展方向。因而分别有3、5、7 个轨道： 3 个p 轨道 、5 个 d 轨道和7 个f 轨道。它们的能量完全相同；电子云形状也基本相同。 3．能级的概念 在电子层、亚层、轨道和自旋这四个方面中，与电子能量有关的是电子层和亚层。因此， 将电子层和亚层结合起来，就可以表示核外电子的能量。核外电子的能量是不连续的，而是 由低到高象阶梯一样，每一个能量台阶称为一个能级。因此，1s、2s、2p……分别表示一个 能级。 4．氢原子和多电子原子核外的能级 有同学认为，氢原子只有一个电子，因而只能有一个电子层。其实，正确的说法是，氢 原子像其它所有原子一样，可以有许多电子层，电子层又分为若干亚层和轨道。只是在通常 条件下，氢原子的这一个电子处于能量是低的1s 轨道，这种状态叫基态；当电子从外界吸收能量以后，氢原子的这一个电子可以跃迁到能量较高的能级。氢原子核外能级由低到高的顺序是：1s2s2p3s3p3d 4s4p4d4f5s…… 但是，对核外有多个电子的原子来说，核外能级的顺序就与氢原子不同了。一般来说， 多电子原子核外能级由低到高的顺序是：1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p……这种现象叫做能级交错现象。 5．电子排布式和轨道表示式 根据原子核外排布电子的三条规律，可以写出各种元素核外电子的排布情况。核外电子 排布情况有两种表示方法：电子排布式和轨道表示式。 ①写电子排布式时，先按由低到高的顺序排列出核外电子的能级，然后根据泡利不相容 原理和能量最低原理向各个能级填充电子。错误的电子排布式不是违背了泡利不相容原理， 就是违背了能量还低原理。例如将某元素原子的电子排布式写为1s22s22p33s1 就是违背了能量最低原理，写成1s22s32p3 就是违背了泡利不相容原理。 电子排布式中最有意义的是外层电子的排布，内层可以用所谓“原子实”代替。原子实 是该元素电子排布式中相当于上周期惰性气体原子的部分。例如：Cl 元素的电子排布式的略写式为[Ne]3s23p5。连原子实也不