1、原子的球形結構

描述原子大小，我們使用原子半徑。之所以這樣描述，是因為我們將原子看成了圓球形的結構。那么，什么證據支持原子呈球形的結論呢？

因為原子中電子的運動速度極快，以致于無論是哪個時刻，人們都無法同時把電子的運動速度和位置（坐標）精確地測定出來；于是，大家不得不通過尋找電子在核周圍的空間中出現的概率的方式來描述電子的運動特征。用這種方式描述核外電子的運動規律，就可以找到電子的運動空間（這個空間實際上就是原子軌道）。而且，電子在原子核外的不同空間中出現的概率不同。當把原子中全部有電子占據的原子軌道的空間都重疊在一起時，我們發現，這些空間重疊的結果——電子占據的全部空間的形狀和球形幾乎一模一樣。由此，我們就可以將原子看成是一個球了。

原子的球形

需要說明，上述圖片中原子軌道的空間形狀，就是軌道中電子運動空間的形狀。圖中空間的形狀所呈現的兩種顏色源于各空間所對應的數學函數的值有正、負差別，但不管是哪種顏色的空間部分，電子都會在其中出現。

2、電子的能量

原子核外電子的能量與電子到核的距離有關。我們在討論原子、分子中電子的（總）能量時，為研究方便，特別定義離原子核無窮遠處的電子的能量等于零。由于離核無窮遠的電子與核沒有任何相互作用，所以，沒有核約束它的運動，這時的電子其實就是自由電子。

然而，電子不可能離核無窮遠，所以，只要離核不是無窮遠，電子的能量就都是負值。電子離核越近，其能量E（負值）的絕對值就越大，能量就越低。這就是我們常說K層中電子的能量比L層的低的原因。

怎么理解原子核附近電子的（總）能量為負呢？電子的（總）能量包括電子與核之間的吸引勢能Ep（負值，中學物理學過）和電子運動時的動能Ek（正值）。因為Ep的絕對值總是大于Ek，所以，核附近電子的（總）能量就為負值。原子電離能的數值為正值（有例外）就與此相關。所謂電離，本質上就是環境提供一個正的能量，用于彌補核外電子本身負的能量，使電子的能量升高，達到能量的零點，于是，電子就電離（自由）了。

需要說明，如核外有多個電子，則電子之間還有排斥勢能（正值），但這仍然不會改變核外電子的（總）能量為負的結果。

核外電子的總能量

核外電子的能量關系