核外電子排布是非常有意思的。在開始的時候，人類發現電子之後不知道電子在原子裡面怎麼樣存在。於是人們提出了各種各樣的模型來解釋。比較出名的就是J. J. 湯姆遜（電子的發現者）提出的葡萄乾麵包模型：電子像是葡萄乾嵌在麵包裡一樣嵌在原子裡。但是這個模型被一個著名的實驗否決了。在做完α粒子散射實驗後，盧瑟福提出了新的原子模型。他認為原子核在中心固定，而電子在原子核周圍轉動。但按照經典力學，電子一定會墜入原子核中。也就是說，這個模型是不穩定的，原子不可以穩定存在。為了解決這個問題，玻爾提出了顛覆性的模型。原子核就像太陽，電子就像行星一樣在分立的軌道上轉。而這些軌道是固定的，電子不可能出現在兩個軌道中間的地方。這便是不連續的行星模型。

當然這個模型並不完全正確，但卻是人類踏入量子世界的第一步。

好了扯完了歷史，咱們來扯一扯核外電子排布。咱們在初中化學學過，而且還畫過原子結構示意圖是吧。你看到電子分層存在，這個層便是“能層”（有些地方叫能級，但我將會採用《無機化學 第四版》的叫法）。能層就是你看到的一圈一圈的東西，每一圈就是一個能層。之所以叫能層是因為電子能量不同，而且離原子核距離也不同，就好像一層一層的。

能層裡面還有能級（有的書叫亞層）。就好像一層一層的抽屜裡有小格子一樣，一個能層裡有不同的能級。你看到的s、p那樣的小寫字母表示的就是能級。那我們要表示一個能級，就要先說出它在哪個能層，然後再具體說出它是那個能層的哪個能級。舉個 ，能級的命名就像是2s，4f這樣的。

然後能級裡面有軌道（有的書上叫“軌函”，但是我從未見過這樣的書）。現在我們終於可以鎖定一個電子了嗎？也就是說，給定一個能層、能級、軌道，電子就唯一確定下來了嗎？還差一點。一個軌道上能裝倆電子，那到底是哪個電子呢？

隨著電子的自旋被發現，人們發現了確定一個電子最後的一個需要的引數：自旋。自此我們終於可以確定一個原子裡的電子了。比如我們可以說，在第二個能層裡面的p能級的-1軌道上上旋（自旋向上）的電子，它就是唯一確定的了。

但是這樣還是太麻煩，我們不如用數字來表示電子好了。

描述電子的第一個數是它所在的能層，用數字n來表示。n就是主量子數。n = 1的電子就在你畫的原子結構示意圖上最靠近原子核的那一層裡。這裡你可能發現了，描述電子的數叫量子數。

為什麼叫量子數呢？因為量子數是不連續的，前三個量子數只能取整數，最後一個量子數可以是半整數，所謂“量子的”就是“不連續的”。

第二個量子數就是表示能級的量子數，名曰“角量子數”，字母是l（小寫的L）。這個l並不是可以隨意取值的。它的取值範圍是l = 0, 1, 2, ..., n - 1。也就是說，對於第二能層（主量子數為2），l只能取0和1。換句話說，第一個能層只有一個能級，第二個能層就有兩個能級，第三層就可以裝三個能級了。能級是有名字的，l = 0叫s能級，l = 1叫p能級，l = 2叫d能級，l = 3叫f能級，再往後就按字母表順序g、h、i、j……等等，但是人類目前還沒有發現那些能級裡面有電子的。最後總結一下，第一能層（主量子數n為1）有一個能級，是l = 0的s能級；第二能層（主量子數n為2）有兩個能級，分別是l = 0的s能級和l = 1的p能級，以此類推。

第三個量子數便是表示這個電子在哪個軌道上的量子數，名字叫“磁量子數”，字母是m。它的取值是m = 0, ±1, ±2..., ±l（角量子數l，小寫的L）。也就是說，s能級只有1個軌道，因為l = 0，所以m只能取一個值0。p能級有三個軌道，m分別取0, -1, +1，以此類推。

最後一個量子數是自旋量子數，符號是。對於電子來說，它只有兩個取值，分別是±1/2，也就是自旋向上的電子和自旋向下的電子，簡稱上旋和下旋。這意味著，一個軌道里只能容納兩個電子，因為自旋量子數沒有第三個值可以取了。

現在我們來看一個例子。氧原子的核外電子排布是怎麼弄的呢？

首先氧原子有8個電子，原子結構示意圖是2，6。為什麼是2，6不是3，5呢？因為第一能層只有s能級，再看s能級只能有一個軌道，而一個軌道最多能裝倆電子，所以第一能層只能裝倆電子。第二能層最多裝8個電子對吧。怎麼來的？就是第二能層有兩個能級，一個s一個p，s能級只有一個軌道倆電子，而p能級有仨軌道6個電子，加起來就是8個。

所以現在咱們寫出氧原子的核外電子排布，就是。拆開了看，代表第一能層，s能級有兩個電子。代表第二能層s能級有倆電子。還剩下幾個電子？已經填了4個，所以還剩下四個。p能級最多能裝幾個？6個，所以全都填到2p能級就好了，也就是。

電子填入能級的目標是使整個原子能量越低越好。現在有兩個能級，x能級和y能級，如果x能級能量比y能級低，那麼電子就會首先填入x能級。因為能量越低越穩定。當然x和y表示隨便兩個能級，並沒有字母是x的能級和字母是y的能級。

要是對於更加複雜的原子，比如26號元素鐵會發生能級交錯現象。你看3d軌道（能裝5 × 2 = 10個電子）只裝了6個電子，沒滿，這是因為4s軌道的能量反而要低於3d軌道，所以會先去填4s軌道，填滿之後再填3d軌道。所以鐵之後的27號元素鈷就是，區別僅在於3d軌道。

那能級交錯怎麼記呢？這裡有一張圖

至於“半滿規則”和“全滿規則”最好的例子就是24號元素鉻和29號元素銅。咱們先說鉻，，這裡沒有先填滿能量更低的4s軌道，而是先把4s填了一個電子，然後就去填3d了，這是因為3d能級半滿的時候更穩定，你看3d最多裝10個，現在裝了5個剛好半滿，這個時候更穩定。同理，銅的情況類似。，3d全滿更穩定。

其實化學很好玩，但是學習一定要看興趣。學習能學好，當且僅當有興趣。