师：同学们，大家好。这节课我们来学习高一化学必修二第一章第二节第一课时的内容——原子核外的电子排布。上一节我们学习了元素周期表，这张表之所以叫元素周期表，是因为它承载了元素之间周期性变化的规律。那么，元素的哪些性质呈现周期性变化？这些性质又为什么呈现周期性变化？这是我们在第二节要研究的问题——元素周期律。我们知道，结构决定性质，所以一切要从原子结构说起。原子是构成世界的基础，而我们认识原子结构的过程漫长且无止境。早在2300年前，墨子在《墨经》的经上篇中提到：“端，体之无厚，而最前者。”也就是说，“端”是一种没有大小、没有体积的质点，这被认为是中国古代的原子论。这个“端”与我们现代的原子结构模型差距很大，大家可能会觉得好笑，但这很正常，因为人类认识自然的过程是循序渐进的。古人为我们推开了原子世界的大门，给后人指明了研究方向，而我们现在依然在探究的道路上前行。
刚刚提到了原子结构模型，它是科学家根据自己的认知对原子结构的形象描述，每一种模型代表着人类对原子结构认知的一个阶段。到目前为止，主要经历了五个阶段，我们来认识一下。
首先是1803年的道尔顿原子模型，该模型认为原子是坚实、不可再分的实心球。100年后，出现了汤姆森原子模型，此模型认为原子是一个均匀分布着正电荷的粒子，带有相反电性的电子镶嵌其中，并在平衡位置上做微小振动。由于原子中正负电荷数相等，所以原子整体呈电中性。这个模型类似西瓜，均匀分布正电荷的西瓜瓤好比原子的正电荷部分，带有相反电性的电子如同西瓜籽镶嵌其中，因此也有人称它为葡萄干圆面包模型。不过，这个模型中的电子几乎是静止的。
1911年，卢瑟福原子模型出现，该模型认为原子的中心有一个带正电荷的核，其质量相当于原子的总质量，带有相反电性的电子绕核沿轨道高速运动，类似于行星围绕太阳构成太阳系。但原子核和电子带有正负电荷，根据经典电磁理论，电子会瞬间落入原子核，导致原子毁灭，所以这个模型不太稳定。
1913年，波尔原子模型在原有基础上，认为轨道是分离、不连续的，也就是对轨道进行了量子化，从而解决了原子结构的稳定性问题。到了20世纪20年代，我们有了现代的原子结构模型——电子云模型。这是现代物质结构学说，它认为电子的运动与宏观物体运动不同，其运动轨道不固定，该模型用统计学方法形象描述了电子在核外运动的区域。
对于多电子原子，电子在核外运动的区域近似分层排布。电子本身有能量高低之分，在被原子核吸引的同时，也有“向往自由”的趋势。能量低的电子离原子核近，能量高的电子离原子核远。于是，我们根据能量高低，将电子在核外运动的区域划分为不连续的能量层，模仿洋葱结构，将这些不同区域简化为不同壳层，从内向外分别称为第一电子层、第二电子层、第三、四、五、六、七电子层，并用英文符号K到Q表示这7个电子层。其中，离原子核较近的电子层上电子能量低，离核较远的电子层上电子能量较高。
电子层划分好了，每个电子层能容纳多少电子呢？K层最多容纳2个电子，L层最多容纳8个电子，M层最多容纳18个电子，N层最多容纳32个电子。那么O、P、Q三层能容纳多少电子呢？这里面有什么数学规律吗？大家可以思考一下。
好，有想法了吗？找到规律了吗？我们一起来推导一下。2、8、18、32这四个值都是偶数，把2提取出来，就是2×1、2×4、2×9、2×16 。1、4、9、16这些数值比较特别，可进一步推导为：第一层电子层最多容纳的电子数为2×12 ，第二层电子层最多容纳的电子数为2×22 ，第三层最多容纳2×32 ，第四层最多容纳2×42 。那么，第五层应该是2×52 = 50个，第六层最多容纳的电子数是2×62 = 72个，第七层就是2×72 = 98个。所以，每一层最多容纳的电子数等于2乘n2 ，n为层序数，这是电子排布时要遵循的第一条规律。
排布规律一：每一层最多容纳的电子数为2n2 ，n为层序数。除K层做最外层外，其他电子层做最外层时，最多容纳8个电子；做次外层时，最多容纳18个电子；做倒数第三层时，最多容纳32个电子。以上两条规律要同时遵循。此外，还有一条规则也需同时遵循，即能量最低原理。能量最低原理很好理解，物质的能量越低越稳定，所以为保证原子的稳定性，电子优先占据离核近的电子层，由内向外排布。这三条排布规律必须同时遵循。
下面我们来练习一下，写出氧元素、钾元素的原子结构示意图。讲到原子结构示意图，我们稍微复习一下，画原子结构示意图要画出原子核和核外电子的排布。第二，原子呈电中性，所以核电荷数等于核外电子总数。
好，我们来看氧元素的原子结构示意图。氧元素是8号元素，核电荷数为 +8，核外电子数为8个。按照三条排布规律，从内向外排布，K层最多容纳2个电子，L层容纳剩余的6个电子。
我们来检查一下，K层本身最多容纳2个电子，作为次外层最多容纳18个电子，所以它容纳2个电子没问题；L层本身最多容纳8个电子，作为最外层最多容纳8个电子，所以容纳6个电子也是正确的。所以，我们写的2、6这种排布是正确的。
再来看钾元素，钾是19号元素，核电荷数为 +19 。按照三条排布规律从内向外排布，K层容纳2个电子，L层容纳8个电子。如果剩余的9个电子都占据M层，M层就成了最外层，而最外层最多容纳8个电子，所以这样写是错误的。因此，在M层上只能留下8个电子，剩余1个电子占据第N层。
检查一下，K层最多容纳2个电子，不再赘述；L层本身最多容纳8个电子，作为倒数第三层最多容纳32个电子，所以容纳8个电子没问题；M层本身最多容纳18个电子，作为次外层最多容纳18个电子，所以容纳8个电子正确；N层本身最多容纳32个电子，作为最外层最多容纳8个电子，所以容纳1个电子也正确。所以，我们书写的2、8、8、1这种排布是正确的。是不是很简单呢？
那么，请同学们也来试一下，写一写第32号和53号元素的原子结构示意图，给大家1分钟时间练习。
时间到，写好了吗？我们一起来推演一下32号元素。核电荷数为 +32 ，按照三条排布规律从内向外，K层最多容纳2个电子，L层最多容纳8个电子，M层最多容纳18个电子。已经写出了2 + 8 + 18 = 28个电子，还剩余4个电子，正好占据N层。2、8、18、4这种排布是否正确呢？我们来检查一下，K层和L层分别最多容纳2个和8个电子，不再赘述；M层本身最多容纳18个电子，作为次外层最多容纳18个电子，所以容纳18个电子没问题；N层本身最多容纳32个电子，作为最外层最多容纳8个电子，所以容纳4个电子也是正确的。所以，我们写的2、8、18、4这种排布是正确的。