原子里面什么样？一个原子就是一个恒星系？原子比星系更有序

原子是一种微观结构，我们身边的所有物质都是由原子所构成的，比如氢是由氢原子所构成的，铁是由铁原子所构成的。

既然原子是一切物质的基础结构，那么原子到底是个什么样子呢？原子是由两部分组成的，即原子核与核外电子，有人说一个原子就是一个微缩的恒星系，原子核就是恒星，而电子就是围绕恒星运行的行星，真是如此吗？这个比喻有一些道理，但却算不上正确，因为原子是一个比恒星系更加有序的系统，其中每一个电子的运动都严格遵循着某些规则。

当然，一个恒星系也是一个有序的天体系统，其中的每一颗星体都在引力的作用下进行着特定的运动。

然而，宇宙中的恒星系众多，每一个都大不相同，你无法在亲眼得见之前就准确描绘出一个恒星系的准确模样，但原子就不同了，只要你了解了其中的规则就可以画出它的样子。你可能以为原子就像行星那样在原子核的外围一遍一遍地绕行，但其实不是，每一个电子都有其特定的轨道，这个轨道就被称为“原子轨道”，而每一个轨道的样子又大有不同。

什么是原子轨道呢？这先要从电子层说起。

在原子核的外面是一层一层的电子层，最多可以有7层，不过电子层并不是原子轨道，它只是一个区域，在每一个区域之中还有着更为详细的划分。每一个电子层中包含有不同的能级，不同的电子层所拥有的能级数量是不同的，而这个能级就是原子轨道。距离原子核最近的第一个电子层只有一个能级，而第二个电子层有两个能级，第三个电子层则有三个能级，以此类推，第七个电子层自然就有7个能级了。

能级虽然就是原子轨道，但并不意味着有几个能级就有几个原子轨道。

目前在已知的所有元素中共发现了四个能级，分别表示为s能级、p能级、d能级、f能级。第一个电子层中有一个能级，就是s能级，也就是有一个原子轨道。第二个电子层中有两个能级，即s能级和p能级，但并不是说第二个电子层中只有两个原子轨道，而是有三个原子轨道。为什么呢？因为p轨道都是三个一起出现的，也就是说在第二个电子层中有一个s轨道和三个p轨道，一共四个原子轨道。

s能级有一个s轨道，p能级有三个p轨道，d能级有五个d轨道，f能级有7个f轨道。

据此，我们很容易就能够确定第三个电子层有9个原子轨道，因为第三层有一个s能级，即1个s轨道，一个p能级，即3个p轨道，一个d能级，即5个d轨道，加起来刚好9个。现在我们已经知道了原子轨道是如何分布的，那么一个轨道上能容纳几个电子呢？根据泡利不相容原理，一个原子轨道上最多只能容纳2个电子。知道了原子轨道的分布规则，也知道了一个轨道最多容纳的电子数量，但现在还是无法直接描绘出一个原子中电子的分布情况，我们还需要知道另一个规则。

这个规则就是能量最低原则。

什么意思呢？就是电子总是抢先占据能量最低的原子轨道。同样都是s轨道，第一个电子层的s轨道的能量就要小于第二个电子层中s轨道的能量，而第二个电子层中的s轨道的能量则要小于第三个电子层中s轨道的能量。在同一个电子层中，s轨道的能量要小于p轨道，p轨道的能量要小于d轨道，以此类推。根据上述所有规则，我们就可以准确地描绘出任何一个原子的结构，比如拥有8个电子的氧原子，是不是很容易就能想象出它的样子了？原子结构就是如此有序，比恒星系统可要有序得多呢。