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       每一種元素都是通過(guò)它的原子序數(shù)來(lái)定義的，原子序數(shù)就是該元素的每一個(gè)原子的原子核中帶正電荷的質(zhì)子的數(shù)目。這些質(zhì)子和數(shù)目相等的帶負(fù)電荷的電子相匹配，而那些電子則位于圍繞著原子核的“軌道”中。“軌道”之所以被加上引號(hào)，是因?yàn)檫@些電子實(shí)際上并不像行星那樣在圍繞著恒星的軌道上運(yùn)行。事實(shí)上，我們根本不能談?wù)撾娮邮侨绾我苿?dòng)的。相反，電子是以“電子云”的方式存在的，也就是說(shuō)我們只能知道它出現(xiàn)在某處的可能性比其他的地方大，但無(wú)法預(yù)測(cè)它在某個(gè)時(shí)刻處于某個(gè)確定的位置。以下的圖顯示了圍繞著核的電子概率云的各種三維形狀。

       第一種類(lèi)型的軌道稱(chēng)為s軌道，它是完全對(duì)稱(chēng)的，也就是說(shuō)電子在各個(gè)方向上出現(xiàn)的概率相同。第二種類(lèi)型稱(chēng)為p軌道，它有兩個(gè)葉瓣，這意味著電子出現(xiàn)在原子核的這一側(cè)或另一側(cè)的概率要比出現(xiàn)在兩個(gè)葉瓣之間的可能性更大。

       s軌道只有一個(gè)，但p軌道卻有三個(gè)，其葉瓣分別指向三個(gè)互相垂直的方向（x，y，z）。類(lèi)似地，d軌道有五個(gè)，f軌道有七個(gè)，并且葉瓣的數(shù)目逐漸增加。（你可以把這些形狀想像為三維駐波。）

       每一種類(lèi)型的軌道可以有不同的大小，例如，1s軌道是個(gè)小球，2s軌道是個(gè)比較大的球，3s軌道則是個(gè)更大的球，等等。隨著軌道數(shù)量的增加，處于軌道中的電子的能量會(huì)增大。在其他條件都相同的情況下，電子總是處于最小的、能量最低的軌道中。

       那是不是說(shuō)原子中的所有電子都擠在能量最低的1s軌道中呢？不是的。按照量子力學(xué)早期歷史中一個(gè)最基本的發(fā)現(xiàn)：任何類(lèi)似電子那樣的兩個(gè)粒子（稱(chēng)為費(fèi)米子）不可能同時(shí)處于完全相同的量子態(tài)中。因?yàn)殡娮泳哂幸环N稱(chēng)為“自旋”的內(nèi)部狀態(tài)，它可以是向上或是向下的。這就是說(shuō)，在一個(gè)給定的軌道中只能容納兩個(gè)電子——一個(gè)自旋向上，一個(gè)向下。

       氫只有一個(gè)電子，因此這個(gè)電子就處于1s軌道中。氫有兩個(gè)電子，剛好填滿(mǎn)1s軌道，滿(mǎn)足1s軌道可以容納兩個(gè)電子的要求。鋰有三個(gè)電子，由于1s軌道已經(jīng)沒(méi)有多余的空間，第三個(gè)電子就只好呆在能量較高的2s軌道中。依此類(lèi)推、每個(gè)電子都會(huì)按照能量遞増的次序填滿(mǎn)軌道。

       從電子填充順序圖就會(huì)看到該元素原子核中的電子是如何填充從1s到7p軌道的，其中的紅條表示其代表的軌道已經(jīng)被電子填充（7p是已知元素中被電子占據(jù)的能量最高的軌道）。軌道填充的準(zhǔn)確順序是出人意料地微妙和復(fù)雜。特別要注意釓（64）前后的元素。

       正是這個(gè)填充順序決定了元素周期表的形狀。周期表最左側(cè)的兩個(gè)縱列代表最外層電子填充了s軌道，接下來(lái)的十個(gè)縱列代表最外層電子填充了五個(gè)d軌道，最后的六個(gè)縱列代表最外層電子填充了三個(gè)p軌道。最后，但并非最不重要的是，14種稀土元素的最外層電子會(huì)填充七個(gè)f軌道。（如果你問(wèn)自己，為什么第2號(hào)元素氦不是放在第4號(hào)元素鈹?shù)纳厦妫敲次易ＹR你，你已經(jīng)像一位化學(xué)家而不是像一位物理學(xué)家那樣思考問(wèn)題了。）