На атомному рівні світ працює за принципами квантової механіки. Знання основної інформації про структуру атома є необхідним для правильного розуміння нашої реальності та є основою для подальшого пізнання світу хімії та її залежностей.
Атом і його будова
Окремими частинками, з яких складається речовина, є атоми. Усе, що нас оточує, це атоми. Елементи є сумою своїх атомів – залізо складається з атомів заліза, мідь складається з атомів міді тощо. Тож із чого складається атом? Більшість із нас знають відповідь: позитивно заряджені протони, негативно заряджені електрони та нейтрони без жодного заряду. Це правильна відповідь? Абсолютно, але якщо ми поглянемо на атом так, як це робить хімік, ми відповімо, що атом складається з двох основних елементів: ядра та навколишньої електронної хмари.
Атомне ядро
Ядро атома є його центром і становить його найважливішу частину. Він складається з протонів (позитивно заряджених) і нейтронів (електрично нейтральних). Це не неподільні компоненти. І протони, і нейтрони мають внутрішню структуру – вони складаються з менших частинок, які називаються кварками. Протон складається з двох верхніх кварків і одного нижнього кварка. Проте нейтрон має у своїй структурі один верхній кварк і два нижніх кварка.
Електронна хмара
Атом не має чітко вираженого краю – це пов’язано з наявністю електронної хмари. Електронна хмара – це область найбільшої ймовірності присутності електрона (важливо: шлях, по якому рухається електрон, не може бути чітко визначений. Можна лише визначити ймовірність його знаходження в різних областях простору). Електронна хмара складається з електронів, що обертаються навколо атомного ядра. Безпосередньо біля ядра щільність електронної хмари найвища, тоді як чим далі від ядра, тим більш розсіяна хмара.
Квантовий опис атома
Стан кожного електрона в атомі описується хвильовими функціями. Хвильові функції є математичним рішенням рівняння Шредінгера. У свою чергу, це рівняння можна розв’язати, якщо ввести декілька основних умов. З цієї причини були використані квантові числа. Нижче коротко описано квантові числа, які однозначно описують квантовий стан кожного електрона в даному атомі:
- головне квантове число n :
відповідає за енергію електрона. Має значення послідовних натуральних чисел. Він може коливатися від 1 до нескінченності. На практиці це не так і найчастіше n коливається від 1 до 7. Рівні з однаковим головним квантовим числом називаються електронною оболонкою.
- азимутальне квантове число l :
точніше визначає енергії. Значення азимутального квантового числа визначає подоболонку даної атомної оболонки. Від значення цього числа залежить також форма атомних орбіталей. Азимутальне квантове число має значення від нуля до ( n -1).
- магнітне квантове число m :
значення магнітного квантового числа залежить від азимутального квантового числа. Магнітне квантове число m має значення від – l до l (включаючи 0). Завдяки знанню магнітного квантового числа визначаються взаємні положення орбіталей у просторі, що дає інформацію про кількість орбіталей на даному підрівні.
- спінове квантове число:
рухаючись навколо атомного ядра, електрони рухаються й навколо власної осі. Цей рух називається спіном, і з ним пов’язане спінове квантове число. Він має лише два значення: + ½ і – ½. Кожна атомна орбіталь може містити два електрони з різним значенням спінового квантового числа. Описуючи квантові числа, неможливо не згадати один із фундаментальних законів хімії, а саме принцип виключення Паулі . Відповідно до цього принципу атом не може містити двох електронів з однаковими квантовими числами. Електрони в атомі повинні відрізнятися значенням хоча б одного квантового числа. 
Електронні оболонки та подоболочки
Атомне ядро оточене електронною хмарою, в якій з певною ймовірністю може знаходитися електрон. Ці електрони розташовані на відповідних електронних оболонках. Простіше кажучи, електронні оболонки є рівнями з однаковим головним квантовим числом n . Найбільш віддалена від атомного ядра оболонка називається валентною – електрони, що обертаються навколо цієї оболонки, називаються валентними електронами (вони створюють хімічні зв’язки між атомами різних елементів або атомами одного елемента). Кожна електронна оболонка позначена буквою. Отже, для n = 1 літера K, для n = 2 літера L тощо (для n від 1 до 7 літери: K до Q). Кожна з електронних оболонок в атомі складається з підоболонок. Підоболонки визначаються азимутальними квантовими числами l . На підоболонках знаходяться електрони, які мають точно визначені однакові значення енергії. Підоболонки також мають певну «ємність» — вони можуть містити 2*(2* l +1), де l — азимутальне квантове число. Підоболонки також мають свої буквені позначення: s, p, d, f, g, h тощо.
Електронна конфігурація
Для правильного визначення електронної конфігурації в атомі необхідно знати порядок енергетичних рівнів (порядок окремих подоболонок і оболонок за зростанням значення енергії). Конфігурація — це лише призначення окремих електронів енергетичним рівням. Існує два енергетичні стани атома: основний стан і збуджений стан . Ми спостерігаємо основний стан, коли електрони розподіляються по окремих орбіталях згідно з правилами розширення. Тоді він має найменшу енергію. Якщо атом отримує певну кількість енергії, то електрон може бути переведений з орбіталі з меншою енергією на вільну орбіталь з більшою енергією – тоді мова йде про збуджений стан атома. Таким чином, щоб знайти правильну електронну конфігурацію атома в основному стані, окремі орбіталі повинні бути заповнені відповідно до зростаючої енергії, дотримуючись принципу виключення Паулі. Відповідно до цих принципів створюється так звана нотація повної конфігурації, що містить номери послідовних оболонок, літерні позначення послідовних підоболонок і позначення кількості електронів на конкретних орбіталях. Скорочене позначення електронної конфігурації спочатку містить ядро у вигляді електронної конфігурації благородного газу, яке доповнюється іншими електронами.
