原子的结构与性质：从基础到现代理论的发展

# 原子的结构与性质
## 1. 原子结构基础
- 核式模型
  - 定义：原子最基本的构成
  - 原子核
    - 质子：正电荷
    - 中子：无电荷
  - 电子云分布
    - 电子的位置不确定性
- 量子力学模型
  - 波函数（ψ）
    - 电子的波粒二象性
  - 薛定谔方程
    - 关于电子行为的数学描述
  - 量子数
    - 主量子数（n）：表示能级和电子层
    - 角量子数（l）：定义轨道形状
      - s轨道
      - p轨道
      - d轨道
      - f轨道
    - 磁量子数（m）：轨道取向
    - 自旋量子数（s）：电子自旋方向

## 2. 核外电子排布
- 填充规则
  - 泡利不相容原理：同一轨道最多容纳两个电子
  - 洪德规则：最大多重度原则
  - 能量最低原理：优先填充低能轨道
- 电子组态表示
  - 能级顺序：n + l 规则
  - 例外情况
    - 半满稳定性（如Cr: Ar 3d⁵4s¹）
    - 全满稳定性（如Cu: Ar 3d¹⁰4s¹）

## 3. 原子轨道特性
- 轨道形状
  - s轨道：球形
  - p轨道：哑铃形（3种取向）
  - d轨道：花瓣形（5种取向）
  - f轨道：复杂形状（7种取向）
- 轨道能量
  - 能级分裂
    - 屏蔽效应：外层电子对内层电子的影响
    - 钻穿效应：电子间的相互作用
  - 能级交错现象（如4s < 3d）

## 4. 原子性质周期性
- 原子半径
  - 周期表中趋势
    - 同周期：减小
    - 同族：增大
    - 过渡金属：相对平稳
- 电离能（IE）
  - 定义：移除气态原子电子所需的能量
  - 趋势
    - 同周期：增大
    - 同族：减小
    - 反常现象：N > O
- 电子亲和能（EA）
  - 定义：气态原子获取电子所释放的能量
  - 趋势：同周期增大，卤素最大
- 电负性（χ）
  - 鲍林标度：氟（F）最高（4.0）
  - 应用：预测化学键的极性

## 5. 原子光谱
- 光谱类型
  - 发射光谱：线状光谱
  - 吸收光谱
- 里德伯公式
  - 公式：1/λ = R (1/n₁² - 1/n₂²)
  - 物理意义：电子跃迁能级差

## 6. 特殊原子体系
- 多电子原子
  - 屏蔽效应
    - 有效核电荷（Z*）计算
    - 斯莱特规则：计算Z*
- 氢原子
  - 玻尔模型
    - 能级公式：Eₙ = -13.6/n² eV
  - 量子力学解
    - 波函数的解析解
    - 电子概率分布

## 7. 现代理论拓展
- 相对论效应
  - 在重元素中的应用（如金的颜色）
- 量子化学计算
  - 哈特里-福克方法
  - 密度泛函理论（DFT）
  - 应用：分子结构和性质的预测