構造原理

想像在一座劇院裡安排觀眾，先坐最便宜的位子：人們先佔前排、最低的幾排，再往後爬。構造原理說電子也是這樣——它們先填能量最低的可用軌域，再填次低的，依此類推，直到把原子所有電子都安排完。「Aufbau」在德語裡是「逐層搭建」的意思，畫面正是如此：你透過一次加一個電子、填進最便宜的空位，來搭建更重的原子。

麻煩在於軌域能量並不按簡單的 1、2、3 順序攀升。在每一行靠前的部分，4s 軌域的能量略低於 3d，所以 4s 先於 3d 填充；5s 先於 4d；而 4f 軌域要在 6s 之後、5d 之前才插進來。一個方便的記憶法是馬德隆（Madelung，即 n+l）規則：軌域按 n+l 遞增的順序填充，n+l 相同時 n 小的先填。於是順序是 1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p……而你可以直接從週期表的各行上讀出同樣的順序。

這正是週期表為何呈現如今這種形狀：s 區兩列寬、p 區六列、d 區十列（延遲一行出現，讓過渡金屬自成一塊）、f 區十四列（拉到下方）。但要誠實面對它的侷限：構造順序是個近似，對鉻、銅以及若干更重的元素會失效，那裡半滿或全滿的次層佔了上風，相對論效應又重新洗牌能量。它是正確的起點，不是定論。