2s 軌域的能階為何比 2p 軌域低？ Why is the 2s orbital lower in energy than the 2p orbital?
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏教授
高中化學教授氫原子及多電子原子的軌域能階時，總會告訴學生氫原子 $$2s$$ 和 $$2p$$ 軌域的能階相等，而在多電子原子時則 $$2s$$ 軌域的能階比 $$2p$$ 低，至於為何會有這種現象，老師通常會說這是量子力學計算的結果，以後大家就會知道了。
能階
國立臺灣大學物理研究所李培瑋
能階：指原子內電子所能存在的量子態；即電子只能在特定能量的軌道上運動，這些具有特定能量的軌道，稱為能階。
能階的概念，最早於1913年波耳(N. Bohr) 藉由探討氫原子光譜所提出的假設，其理論補足並修正了拉塞福(E. Rutherford)原子模型的缺失。
拉塞福原子模型
拉塞福(Rutherford)透過α-粒子(氦的原子核，He2+)撞擊薄金箔紙的實驗發現：大部份α-粒子會直接穿過，但仍有極少部分會以大角度反彈。因此推論原子的結構應該是：大部份質量、正電荷集中於中心的極小區域(原子核)，而原子核周圍則環繞著帶負電的電子。當然，科學家(包括拉塞福在內)都理解到此模型有著嚴重的問題。根據電磁學理論，帶電粒子做加速度運動的過程中會輻射出電磁波並因此失去能量。若電子繞著原子核做圓周運動，必會輻射出電磁波，導致電子能量漸減，繞核運動的半徑會愈來愈小，最終電子必墜毀於原子核(如圖一所示)。以氫原子為例，電子存在於氫原子的時間約為2×10-11秒，但這與原子的穩定存在不吻合。此外，拉塞福原子模型亦無法解釋原子光譜的不連續性。
受激態(Excited State)
國立臺灣大學物理所羅雅琳
根據量子理論，一個系統的能量可能是離散的，而非如古典物理所述是連續的。我們把能量是離散的這個特性稱為能量的量子化(quantization)。該系統各個離散的能量所對應的狀態稱為一個能階(energy level)。我們通常可以用一組數字(稱為量子數，quantum number)去描述一個能階。當能量被量子化後，所有的量子態除了最低量子數所對應的基態（參見｢基態」條目）外，皆可稱之為受激態。如圖一 (a)所示，系統被量子化後，其各能階所對應的能量En 便是被量子數n所描述，而除了n=0的最低能量態外，其他所對應的量子態便是所謂的受激態。
圖一、(a)量子化能階圖。在量子化的圖像下，被描述的物理量與古典的連續量不同，取而代之的是用離散的量子數n來描述之，而En是用來描述量子化後能量。藍色表示粒子由受激態放出特定能量ℏω的光子回到基態。(b)氫原子發射譜線。（作者提供）
基態 (Ground State)
國立臺灣大學物理所羅雅琳
根據量子理論，一個系統的能量可能是離散的，而非如古典物理所述是連續的。例如著名的氫原子，其外圍繞核運動的電子之能量便是離散的。我們把能量是離散的這個特性稱為能量的量子化(quantization)。該系統各個離散的能量所對應的狀態稱為一個能階(energy level)，而能量的最低值所對應的能階稱為基態。我們通常可以用一組數字(稱為量子數，quantum number)去描述一個能階。
圖一$$~~~$$能階圖。在量子化的圖像下，被描述的物理量與古典的連續量不同，取而代之的是用離散的量子數 $$n$$ 來描述之，而 $$E_n$$ 是用來描述量子化後能量。(作者
燄色試驗
高雄市立新莊高級中學化學科歐惠郡老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯
若以價殼層（Valence shell）的概念來看原子中的電子，則我們可以認為原子核外的電子，是被安排在能量不同的各殼層上；而每一層中可進駐的電子數目，亦並非完全相等；層與層間的能量差值，亦有其特定的大小；故不同層中的電子，所擁有的能量，其大小也非連續改變的值－或稱為不連續的〝能階〞（Energy level）。內層電子因距離帶正電荷的原子核較近，受到原子核的吸引較強，故其能量較低，欲脫離原子比較困難；外層電子受內層電子的排斥且距離原子核亦較遠，受到的吸引力較弱，擁有的能量較高，脫離原子的機會較大。因此，最外層的電子就是原子中能量最高的電子，最容易受外界的影響，參與化學反應。通常，一原子中，位於最外層的電子即是價電子（Valence electron），而價電子所在的殼層，就稱為價（殼）層。同族元素因為其價電子數目相同，故化性也相近。
焰色試驗法（flame test）
臺北市立第一女子高級中學二年級李盈萱 /臺北市立第一女子高級中學化學科周芳妃老師修改/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯
焰色試驗法(flame test)是根據元素獨特的放射光譜(emission spectrum)偵測元素離子成份的方法，而金屬離子是常見樣品。簡易焰色試驗法是將待測固體或溶液放在本生燈火焰(bunsen flame)上加熱，並觀察最後的焰色。實驗中常用鉑絲、鎳鉻合金絲或一些活性較小的金屬線，做成一個小圈狀來盛載帶測樣品，而這些金屬線可以用濃鹽酸或其他強酸重複洗淨再使用。
鈉離子是許多化合物中常見的元素，其明亮的金黃色火焰在焰色試驗法中，會影響到其他離子焰色的顯現，所以在做實驗時，常使用鈷藍玻璃(cobalt blue glass，含有鈷離子的深藍色玻璃），來濾除鈉離子所產生的焰色，如此才可更容易的觀察到其他離子的焰色。