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原子核外电子的真实运动状态是我们肉眼看不到的，但是可以通过宏观实验事实推测进而预测。更为直观起见，电子的能量高低通常将其所处轨道的能量以图的形式表示出来。例如鲍林（Pauling）能级图和科顿（Cotton）能级图。

一、鲍林（Pauling）能级图

核外电子排布首先必须遵循的能量最低原理是指电子按照能级由低到高的顺序依次排布，这个高低是填入电子时各能级能量的相对高低。美国化学家鲍林在光谱实验的基础上，总结了能级、能级分裂和能级交错的规律，提出了多电子原子中原子轨道的近似能级图，即鲍林能级图。

鲍林的原子轨道近似能级图是电子填充时的顺序或者也可以理解为电子填充前的顺序，主要用于核外电子排布时的依据。

也可以表现为构造原理：

构造原理图示中平行方向为同一主量子数的能级，箭头的方向即为电子填充的顺序，与鲍林能级图是一致的。

但是原子核外的电子运动状态不是一成不变的，当多电子原子中的多个电子逐渐填入原子轨道后相互之间会发生钻穿效应和屏蔽效应，不同原子、相同原子不同能量能级上的电子的钻穿效应和屏蔽效应不同，也导致其能量不同。所以就有了科顿能级图。

二、科顿（Cotton）能级图

美国化学家科顿总结了前人的光谱实验和量子力学计算结果，得出了原子轨道能量随原子序数变化的刻度能级图。

从科顿能级图中我们可以看到：

1．同一种类型的原子轨道，例如s轨道，随着原子序数的逐渐增加，能量逐渐降低。也可以说，核电荷数越多，原子轨道的能量越低。

例如同样都是1s轨道，氢原子的1s轨道能量比氧原子的1s轨道能量高。

2．氢原子的原子轨道能量只受主量子数影响

即：对氢原子E_ns= E_np =E_nd =E_nf

但多电子原子：E_ns < E_np <E_nd <E_nf

3．能级交错（E_ns < E_(n-2)f < E_(n-1)d）仅仅发生在该能级电子填充的时，一旦电子填入，能级的能量仍然随主量子数增大而升高。所以，

（1）原子核外电子排布式按照主量子数由小到大的顺序书写

（2）原子失去外层电子的时候先失主量子数最大的即最外层电子