> AI coding agents: see [/llms.txt](/llms.txt) for the full documentation index. Markdown version: [/docs/chemistry/zh/atomic-structure/aufbau-principle.md](/docs/chemistry/zh/atomic-structure/aufbau-principle.md).

---
title: 构造原理、泡利原理、洪特规则
description: "介绍原子轨道、构造原理的电子填充顺序、泡利不相容原理和洪特规则。"
---


## 原子轨道

![](https://ptg90phsi6rf8j7h.public.blob.vercel-storage.com/chemistry/2.1.webp){style="width:250px;"}

对每个 $n$ 值而言：

- 有 **$n$** 种能级；

- 有 $n^2$ 个原子轨道；

- 最多可容纳 $2n^2$ 个 $e^-$；

## 构造原理

**构造原理（aufbau principle）**：从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序称为构造原理。

![](https://ptg90phsi6rf8j7h.public.blob.vercel-storage.com/chemistry/2.2.webp){style="width:200px"}

**顺序** ：$1s - 2s - 2p - 3s -  3p - 4s - 3d - 4p - 5s - 4d - 5p - 6s - \dots$

${\displaystyle E_{1l}<E_{2l}<E_{3l}<...<E_{nl}}$

${\displaystyle E_{ns}<E_{np}<E_{nd}<E_{nf}}$

${\displaystyle E_{ns}<E_{(n-2)f}<E_{(n-1)d}<E_{np}}$

我们把第三个不等式中涉及到的能级组成的集合称为能级组。

| 能级组序号         | 一   | 二        | 三        | 四             | 五             | 六                  | 七                  |
| ------------------ | ---- | --------- | --------- | -------------- | -------------- | ------------------- | ------------------- |
| **能级**           | $1s$ | $2s$ $2p$ | $3s$ $3p$ | $4s$ $3d$ $4p$ | $5s$ $4d$ $5p$ | $6s$ $4f$ $5d$ $6p$ | $7s$ $5f$ $6d$ $7p$ |
| **最大电子容纳量** | $2$  | $8$       | $8$       | $18$           | $18$           | $32$                | $32$                |

## 泡利不相容原理

**泡利原理**：在一个原子轨道里，最多只能容纳 **2** 个电子，它们的自旋 **相反**，常用上下箭头( $\uparrow$ 和 $\downarrow$ )表示自旋相反的 **电子**。

> $\ce{ _8O}$ 的轨道表示式如下：
>
> $$
> \ce{_8O}\quad \mathop{\boxed{\uparrow\downarrow}}\limits^{1s}\;
> \mathop{\boxed{\uparrow\downarrow}}\limits^{2s}\;
> \mathop{\boxed{\uparrow\downarrow}\;\boxed{\uparrow}\;\boxed{\uparrow}}\limits^{2p}
> $$
>
> - 简并轨道：**能量** 相同的原子轨道
> - 电子对：同一个原子轨道中，自旋方向 **相反** 的一对电子
> - 单电子：一个原子轨道中若只有一个电子，则该电子称为单电子
> - 自旋平行：**箭头同向** 的单电子称为自旋平行
> - 在氧原子中，有 **3** 对电子对，有 **2** 个单电子
> - 在氧原子中，有 **5** 种 _空间运动状态_（$1s,2s,2p_x,2p_y,2p_z$），有 **8** 种 _运动状态不同_ 的电子

## 洪特规则

1. 内容：基态原子中，填入 **简并轨道** 的电子总是先单独分占，且自旋平行

2. 特例：在简并轨道上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有 **较低** 的能量和 **较大** 的稳定性

$$
相对稳定的状态   \begin{cases}
全充满& s^2, p^6, d^{10}, f^{14} \\
半充满& s^1, p^3, d^{5}, f^{7}\\
全空& s^0, p^0, d^{0}, f^{0} \\
\end{cases}
$$

> $\ce{\ _{24}Cr}$ 的电子排布式为 $[\ce{Ar}]3d^54s^1$，为半充满状态，易错写为 $[\ce{Ar}]3d^44s^2$。
>
> $\ce{\ _{29}Cu}$ 的电子排布式为 $[\ce{Ar}]3d^{10}4s^1$，为全充满状态，易错写为 $[\ce{Ar}]3d^94s^2$

> 1. 基态原子：处于 **最低能量** 状态的原子。
> 2. 激发态原子：基态原子 **吸收能量**，它的电子会跃迁到 **较高能级**，变成 **激发态原子**。

## 能量最低原理

1. 内容：在构建基态原子时，电子将尽可能地占据 **能量最低** 的原子轨道，使整个原子的能量最 **低**。

2. 因素：整个原子的能量由 **核电荷数** 、 **电子数** 和 **电子状态** 三个因素共同决定。

## 原子光谱

![](https://ptg90phsi6rf8j7h.public.blob.vercel-storage.com/chemistry/2.4.webp){style="width:300px"}

### 焰色反应

物理反应，进行焰色反应应使用 **铂丝**（镍丝、无锈铁丝）。把嵌在玻璃棒上的金属丝在 **稀盐酸** 里蘸洗后，放在酒精灯的火焰里灼烧，不同金属元素会使火焰变为各种颜色，这便是焰色反应。焰色反应的形成与原子光谱有关

详见 [06 元素及其化合物 - 01 钠及其化合物](/docs/chemistry/zh/elements-compounds/sodium-compounds)

### 光谱分析

在现代化学中，常利用原子光谱上的 **特征谱线** 来鉴定元素，称为光谱分析。