自然界一個普遍的規(guī)律是“能量越低越穩(wěn)定”。原子中的電子也是如此。在不違反保里原理的條件下,電子優(yōu)先占據(jù)能量較低的原子軌道,使整個原子體系能量處于最低,這樣的狀態(tài)是原子的基態(tài)。
原子軌道能量的高低(也稱能級)主要由主量子數(shù)n和角量子數(shù)l決定。當l相同時,n越大,原子軌道能量E越高,例如E1s<E2s<E3s;E2p<E3p<E4p。當n相同時,l越大,能級也越高,如E3s<E3p<E3d。當n和l都不同時,情況比較復(fù)雜,必須同時考慮原子核對電子的吸引及電子之間的相互排斥力。由于其他電子的存在往往減弱了原子核對外層電子的吸引力,從而使多電子原子的能級產(chǎn)生交錯現(xiàn)象,如E4s<E3d,E5s<E4d。Pauling根據(jù)光譜實驗數(shù)據(jù)以及理論計算結(jié)果,提出了多電子原子軌道的近似能級圖。用小圓圈代表原子軌道,按能量高低順序排列起來,將軌道能量相近的放在同一個方框中組成一個能級組,共有7個能級組。電子可按這種能級圖從低至高順序填入。