构造原理,是化学中的一种定理,决定了原子、分子和离子中电子在各能级的排布。随
核电荷数递增,大多数元素的
电中性基态原子的电子按顺序填入核外电子运动轨道,即为构造原理。
构造原理认为全部电子是一个一个地依次进入电场,并假设对电场而言它们是处于最稳定的情况中。它是在1920年前后由
尼尔斯·玻尔正式提出,主要是以
量子力学描述。
图1中,每个小圆圈表示一个能级。每一行对应一个能层,各圆圈连线的顺序表示随
核电荷数递增而增加的电子填入能级的顺序。
根据构造原理,可以将各能级按能量的差异分成
能级组,如图1所示。每一行表示一个能级组,自下而上表示n个能级组,其能量依次升高;在同一能级组内,从左到右能量依次升高。
科学家归纳大量的光谱事实得出如下结论:设想从
氢原子开始,随着原子核电荷数的递增,原子核每增加一个质子,原子核外便增加一个电子,大多数元素的
电中性基态原子的电子按顺序填入核外电子运动轨道,叫做构造原理(aufbau principle)
aufbau是
德文“构造”。所谓“随电荷递增电子填入轨道”,是一种象形的说法,是一种
思维模式,事实上单独地考察某一个多电子原子的电子在
原子核外排布是并没有先后填入的次序。
对于同一能级,当
电子排布为全充满(d10,如29号元素Cu
铜)或半充满(d5、f7)、全空(如46号元素Pd钯)时,能量较为稳定。
根据构造原理,绝大多数
基态原子核外电子的排布都遵循下列顺序:1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d......
原子的核外电子不是完全按照
能层顺序依次排布的,即不完全是排满n能层后再排(n+1)能层,而是按照图1所示的能级顺序排布的,在该顺序中,从第三能层开始,出现了
能级交错现象,该能级顺序就是能量由低到高的顺序。