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シンプルにしようと思います。これがなぜそうなるのかという実際の詳細は量子物理学と関係があります。
各シェルにはいくつかの" subshells "。各"サブシェル"は順番に特定の数の
軌道"。各軌道は2つの電子を保持できます。経験則（繰り返しますが、理由は説明していません。おそらく方法だからです）。理解できません）
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$ \ mathrm {n ^ {th}} $ シェルにはn個のサブシェルがあり、ラベルが付けられています $ 0 $ から $ \ mathrm n-1 $ まで。たとえば、 $ 2 $ ndシェルには、 $ 0 $ と $ 1 $ の2つのサブシェルがあります。参考までに、これらのサブシェルを文字で呼ぶことがよくあります。 $ 0 $ は $ \ mathrm s $ 、 $ 1 $ はp、 $ 2 $ はd、 $ 3 $ はfです。周期表は、これらのサブシェルのどれが原子内で最も緩く結合した（価電子）電子であるかに応じて、4つのブロックに分割できます。（sブロック、pブロックなど）
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$ \ mathrm {k ^ {th}} $ サブシェルは $ 2 \ mathrm k +1を保持できます$ "軌道"。軌道は最大2つの電子を保持できます。したがって、 $ 0 $ 番目のサブシェルは $ 1 $ 軌道を保持できるため、2つの電子を保持できます。 $ 1 $ の最初のサブシェル（p）は、 $ 3 $ 軌道、または $ 6 $ 電子。これが、 $ 2 \ mathrm n ^ 2 $ ルールがある理由です。 $ \ mathrm n $ シェルには、最初のmathrm n個の奇数の合計と同じ数の軌道があります： $ \ mathrm n ^ 2 $ 、およびそれぞれに2つの電子（ $ 2 \ mathrm n ^ 2 $ ）。
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物理化学における重要なアイデアは、Aufbauの原理です。軌道は、（軌道 “）エネルギーの昇順に従って満たされます。軌道”エネルギーとは何ですか？最初のいくつかのサブシェルでは非常に簡単です：
$ 1 \ mathrm s、2 \ mathrm s、2 \ mathrm p 、3 \ mathrm s、3 \ mathrm p $ （順序）
水素原子では、これらの軌道は単純です。同じシェル内のすべてのサブシェルは同じエネルギーを持っています（ $ 1 \ mathrm s、2 \ mathrm s = 2 \ mathrm p、3 \ mathrm s = 3 \ mathrm p = 3 \ mathrm d、$ など）ただし、他のアトムではすべて絡み合っています。覚えておく必要のある順序は次のとおりです。
$ 1 \ mathrm s、2 \ mathrm s、2 \ mathrm p、3 \ mathrm s、3 \ mathrm p、4 \ mathrm s、3 \ mathrm d、4 \ mathrm p、5 \ mathrm s、4 \ mathrm d、5 \ mathrm p、6 \ mathrm s、4 \ mathrm f、5 \ mathrm d、6 \ mathrm p、7 \ mathrm s、[…] $ （これはほとんどの要素に当てはまりますが、いくつかの例外もあり、覚えておく必要があります）
したがって、電子は実際には、neに移動する前にシェル内の $ 2 \ mathrm n ^ 2 $ 全体を埋めることはありません。 xt。たとえば、鉄の場合、構成は $ 1 \ mathrm s ^ 2 2 \ mathrm s ^ 2 2 \ mathrm p ^ 6 3 \ mathrm s ^ 2 3 \ mathrm p ^ 6 4 \ mathrm s ^ 2 3 \ mathrm d ^ 6 $ 。 $ 1 $ シェルには $ 2 $ の電子があることに注意してください。 $ 2 ^ {\ mathrm {nd}} $ シェル、 $ 8（2 \ mathrm s + 2 \ mathrm p $ ）; $ 3 ^ {\ mathrm {rd}} $ シェル、 $ 14（3 \ mathrm s + 3 \ mathrm p + 3 \ mathrm d）$ ; $ 4 ^ {\ mathrm {th}} $ シェル、 $ 2 $ 。教科書では、この構成を（2、8、14、2）$と呼ぶ場合があります。
セシウムには55個の電子があり、次のようにいっぱいになります。 $ 1 \ mathrm s ^ 2 2 \ mathrm s ^ 2 2 \ mathrm p ^ 6 3 \ mathrm s ^ 2 3 \ mathrm p ^ 6 4 \ mathrm s ^ 2 3 \ mathrm d ^ {10} 4 \ mathrm p ^ 6 5 \ mathrm s ^ 2 4 \ mathrm d ^ {10} 5 \ mathrm p ^ 6 6 \ mathrm s ^ 1 $ 。
各シェルの電子数を合計して見てみませんか。教科書の内容と一致する場合。
PS オクテット則は実際には最高とは言えませんシェルには8つの電子が必要です。原子は、最も近い希ガスの電子配置を獲得することによって安定性を達成すると言われています。希ガスの一般的な構成は $ \ mathrm s ^ 2 \ mathrm p ^ 6 $ （ $ 8 $ 電子？）しかし、上で示したように、これらの $ 8 $ 電子は最上位のシェルにない可能性があります。たとえば、鉄では、価電子のうち2つが4番目の殻にあり、残りの6つが3番目の殻にあります。