构造原理

想象在一座剧院里安排观众，先坐最便宜的位子：人们先占前排、最低的几排，再往后爬。构造原理说电子也是这样——它们先填能量最低的可用轨道，再填次低的，依此类推，直到把原子所有电子都安排完。「Aufbau」在德语里是「逐层搭建」的意思，画面正是如此：你通过一次加一个电子、填进最便宜的空位，来搭建更重的原子。

麻烦在于轨道能量并不按简单的 1、2、3 顺序攀升。在每一行靠前的部分，4s 轨道的能量略低于 3d，所以 4s 先于 3d 填充；5s 先于 4d；而 4f 轨道要在 6s 之后、5d 之前才插进来。一个方便的记忆法是马德隆（Madelung，即 n+l）规则：轨道按 n+l 递增的顺序填充，n+l 相同时 n 小的先填。于是顺序是 1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p……而你可以直接从周期表的各行上读出同样的顺序。

这正是周期表为何呈现如今这种形状：s 区两列宽、p 区六列、d 区十列（延迟一行出现，让过渡金属自成一块）、f 区十四列（拉到下方）。但要诚实面对它的局限：构造顺序是个近似，对铬、铜以及若干更重的元素会失效，那里半满或全满的亚层占了上风，相对论效应又重新洗牌能量。它是正确的起点，不是定论。