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【知识解析】电子云与原子轨道

电子云与原子轨道

1 概率密度

用P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积，则称为概率密度，用ρ表示。

2 电子云

由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。换句话说，电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。

辨析比较

宏观物体的运动与微观电子的运动对比

1．宏观物体的运动有确定的运动轨迹，可以准确测出其在某一时刻所处的位置及运行的速度，描绘出其运动轨迹。

2．由于微观粒子质量小、运动空间小、运动速度快，不能同时准确测出其位置与速度，所以对于核外电子只能确定其在原子核外各处出现的概率。

3 电子云轮廓图

（1）含义

绘制电子云轮廓图的目的是表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间运动状态有一个形象化的简便描述。例如，绘制电子云轮廓图时，把电子在原子核外空间出现概率P＝90回转窑烧嘴％的空间圈出来，如图1－1－2所示。

图1－1－2 电子云轮廓图的绘制过程

（2）s电子、p电子的电子云轮廓图

所有原子的任一能层的s电子的电子云轮廓图都是球形，同一原子的能层越高，s电子云的半径越大，如图1－1－3所示。这是由于1s、2s、3s……电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展。

图1－1－3 同一原子的s电子的电子云轮廓图

除s电子云外，其他电子云都不是球形的，如p电子云（轮廓图）是哑铃（纺锤）形的。每个p能级都有3个相互垂直的电子云，分别称为px、py和pz，如图1－1－4所示。p电子云轮廓图的平均半径随能层序数的增大而增大。

图1－1－4 px、py、pz的电子云轮廓图

名师提醒

（1）电子云图表示电子在核外空间出现概率的相对大小。电子云图中小点越密，表示电子出现的概率越大。

（2）电子云图中的小点并不代表电子，小点的数目也不代表电子实际出现的次数。

（3）电子云图很难绘制，使用不方便，故常使用电子云轮廓图。数据存储安全检测

脱蜡4 原子轨道

（1）定义

量子力学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。各能级的一个伸展方向的电子云轮廓图即表示一个原子轨道。

注意

这里所说的原子轨道与宏观物体的运动轨迹不同，它是量子力学描述电子在原子核外空间运动的主要区域。

（2）不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图

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能层	能级	原子轨道数	原子轨道名称	电子云轮廓图的形状与取向
能层	能级	原子轨道数	原子轨道名称	形状	取向
K	1s	1	1s	球形	—
L	2s	1	2s	球形	—
L	2p	3	2px、2py、2pz	哑铃（纺锤）形	相互垂直
M	3s	1	3s	球形	一
	3p	3	3px、3py、3pz	哑铃（纺锤）形	相互垂直
	3d	5	……①	……	……
N	4s	1	4s	球形	—
	4p 海水防腐涂料	3	4px、4py、4pz	哑铃（纺锤）形	相互垂直
	4d	5	……	……	……
	4f	7	……	……	……
……	……	……	……	……	……

注：①d轨道和f轨道各有其名称、形状和取向，此处不作要求而从略。

名师提醒

（1）同一能层中，不同能级原子轨道的能量及空间伸展方向不同；但同一能级的几个原子轨道的能量相同。

（2）人们把同一能级的几个能量相同的原子轨道称为简并轨道。

深化理解

典例详析

例4－16

下列关于电子云的叙述不正确的是

A．电子云是用小点的疏密程度来表示电子在核外空间出现概率大小的图形

B．电子云实际上是电子运动形成的类似云一样的图形

C．电子云图说明离核越近，电子出现概率越大；离核越远，电子出现概率越小

D．能级类别不同，电子云的形状也不同

解析◆人们常用小点的疏密程度来表示电子在原子核外空间出现概率的大小，A项正确。电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述，而不是电子的实际运动轨迹，B项错误。从电子云图中可以看出，离核越近，电子出现概率越大；离核越远，电子出现概率越小，C项正确。能级类别不同，电子云的伸展方向不同，即电子云的形状不同，D项正确。

答案◆B

例4－17

图1－1－5中甲、乙分别是1s电子的概率密度分布图和电子云轮廓图。下列说法正确的是

图1－1－5

A．图甲中每个小点表示1个电子

B．图乙表明1s电子云轮廓图呈球形，有无数条对称轴

C．图乙表示1s电子只能在球体内出现

D．不同能层的s电子云轮廓图的半径相等

解析◆电子云中小点的疏密程度描述的是电子在原子核外空间出现的概率大小，而非每个小点表示1个电子，A项错误；由图乙可知，1s电子云轮廓图呈球形，有无数条对称轴，B项正确；屏蔽玻璃1s电子云轮廓图为球形，球体代表1s电子在原子核外空间出现概率P＝90％的区域，该区域外的其他区域，电子出现的概率较小，C项错误；能级类别相同，能层越高，电子能量越高，电子云轮廓图的半径越大，D项错误。

答案◆B

例4－18

3px所代表的含义是

A．px轨道上有3个电子

B．第三能层px轨道有3个伸展方向

C．px电子云有3个伸展方向

D．第三能层沿x轴方向伸展的p轨道

解析◆符号“3px”中“3p”表示第三能层的p轨道，“x”表示原子轨道沿x轴的方向伸展。

答案◆D

例4－19

下列说法正确的是

A．2p能级有3个p轨道

B．不同的原子轨道的形状一定不同

C．同一能层的p轨道电子能量不一定高于s轨道电子能量

D．p轨道呈哑铃形，因此p轨道上的电子运动轨迹呈哑铃形

解析◆任何能层的p能级都有3个p轨道，A项正确；不同能级的原子轨道的形状可能相同，如1s、2s能级的原子轨道都是球形，只是球的半径不同，B项错误；同一能层的p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量，C项错误；电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述，而不是电子的实际运动轨迹，D项错误。

答案◆A

例4－20

图1－1－6是s能级和p能级的电子云轮廓图。

图1－1－6

试回答下列问题：

（1）s电子的原子轨道呈________形，每个s能级有________个原子轨道；p电子的原子轨道呈形，每个p能级有________个原子轨道。