Au niveau atomique, le monde fonctionne selon les principes de la mécanique quantique. La connaissance des informations de base sur la structure de l'atome est nécessaire pour une bonne compréhension de notre réalité et constitue le fondement d'un apprentissage approfondi du monde de la chimie et de ses dépendances.
L’atome et sa structure
Les particules individuelles qui composent la matière sont des atomes. Tout ce qui nous entoure sont des atomes. Les éléments sont la somme de leurs atomes – le fer est composé d’atomes de fer, le cuivre est composé d’atomes de cuivre, etc. Alors, de quoi est composé un atome ? La plupart d’entre nous connaissent la réponse : des protons chargés positivement, des électrons chargés négativement et des neutrons sans aucune charge. Est-ce la bonne réponse ? Absolument, mais si nous regardons un atome comme le fait un chimiste, nous répondons que l’atome est constitué de deux éléments de base : le noyau et le nuage d’électrons qui l’entoure.
Noyau atomique
Le noyau de l’atome est son centre et constitue sa partie la plus importante. Il est composé de protons (chargés positivement) et de neutrons (électriquement neutres). Ce ne sont pas des composants non divisibles. Les protons et les neutrons ont tous deux une structure interne – ils sont constitués de particules plus petites appelées quarks. Un proton est composé de deux quarks supérieurs et d’un quark inférieur. Un neutron, cependant, a un quark supérieur et deux quarks inférieurs dans sa structure.
Nuage d’électrons
Un atome n’a pas de bord clairement défini – cela est dû à la présence d’un nuage d’électrons. Un nuage d’électrons est la zone de plus grande probabilité de présence d’un électron (important : le chemin le long duquel l’électron se déplace ne peut pas être clairement déterminé. Il est seulement possible de déterminer la probabilité de le trouver dans différentes zones de l’espace). Un nuage d’électrons est constitué d’électrons en orbite autour d’un noyau atomique. Juste à côté du noyau, la densité du nuage d’électrons est la plus élevée, tandis que plus on s’éloigne du noyau, plus le nuage est diffus.
Description quantique de l’atome
L’état de chaque électron dans un atome est décrit par les fonctions d’onde. Les fonctions d’onde sont une solution mathématique à l’équation de Schrödinger. À son tour, cette équation peut être résolue si plusieurs conditions de base sont introduites. Pour cette raison, les nombres quantiques ont été utilisés. Les nombres quantiques qui décrivent de manière unique l’état quantique de chaque électron dans un atome donné sont brièvement caractérisés ci-dessous :
- nombre quantique principal n :
est responsable de l’énergie de l’électron. A les valeurs de nombres naturels successifs. Il peut aller de 1 à l’infini. En pratique, ce n’est pas le cas et le plus souvent n varie de 1 à 7. Les niveaux ayant le même nombre quantique principal sont appelés la couche d’électrons.
- nombre quantique azimutal l :
définit plus précisément les énergies. La valeur du nombre quantique azimutal détermine la sous-couche d’une couche atomique donnée. La forme des orbitales atomiques dépend également de la valeur de ce nombre. Le nombre quantique azimutal a des valeurs de zéro à ( n -1).
- nombre quantique magnétique m :
la valeur d’un nombre quantique magnétique dépend du nombre quantique azimutal. Le nombre quantique magnétique m a des valeurs de – l à l (y compris 0). Grâce à la connaissance du nombre quantique magnétique, les positions mutuelles des orbitales dans l’espace sont déterminées, ce qui renseigne sur le nombre d’orbitales à un sous-niveau donné.
- nombre quantique de spin :
tout en se déplaçant autour du noyau atomique, les électrons se déplacent également autour de leur propre axe. Ce mouvement s’appelle le spin et le nombre quantique de spin lui est associé. Il n’a que deux valeurs : + ½ et – ½. Chaque orbitale atomique peut contenir deux électrons avec une valeur différente du nombre quantique de spin. Lors de la description des nombres quantiques, il est impossible de ne pas mentionner l’une des lois fondamentales de la chimie, à savoir le principe d’exclusion de Pauli . Selon ce principe, un atome ne peut pas contenir deux électrons avec les mêmes nombres quantiques. Les électrons dans l’atome doivent différer en valeur d’au moins un nombre quantique. 
Couches et sous-couches d’électrons
Le noyau atomique est entouré d’un nuage d’électrons dans lequel, avec une certaine probabilité, un électron peut se trouver. Ces électrons sont disposés sur des couches d’électrons appropriées. En termes simples, les couches d’ électrons sont des niveaux avec le même nombre quantique principal n . La couche la plus éloignée du noyau atomique est appelée la couche de valence – les électrons en orbite autour de cette couche sont appelés les électrons de valence (ils créent des liaisons chimiques entre des atomes d’éléments différents ou des atomes du même élément). Chaque couche électronique est identifiée par une lettre. Ainsi, pour n = 1, la lettre est K, pour n = 2 la lettre est L, etc (pour n 1 à 7, les lettres sont : K à Q). Chacune des couches d’électrons d’un atome est constituée de sous-couches. Les sous- couches sont définies par les nombres quantiques azimutaux l . Sur les sous-couches, il y a des électrons qui ont des valeurs d’énergie égales et définies avec précision. Les sous-couches ont également une "capacité" spécifique – elles peuvent contenir 2*(2* l +1), où l est le nombre quantique azimutal. Les sous-shells ont également leurs désignations de lettres : s, p, d, f, g, h, etc.
Configuration électronique
Pour déterminer correctement la configuration électronique dans un atome, il est nécessaire de connaître l’ordre des niveaux d’énergie (l’ordre des sous-couches et des couches individuelles en fonction de la valeur énergétique croissante). La configuration est simplement l’affectation d’électrons individuels à des niveaux d’énergie. Il existe deux états énergétiques d’un atome : l’ état fondamental et l’état excité . Nous observons l’état fondamental lorsque les électrons sont répartis sur des orbitales individuelles selon les règles d’expansion. Il a alors la plus faible énergie. Si l’atome reçoit une certaine quantité d’énergie, alors l’électron peut être transféré de l’orbite d’énergie inférieure à l’orbite libre d’énergie supérieure – nous parlons alors de l’état excité de l’atome. Ainsi, afin de trouver la configuration électronique correcte d’un atome dans l’état fondamental, les orbitales individuelles doivent être remplies en fonction de l’énergie croissante, en observant le principe d’exclusion de Pauli. Selon ces principes, la soi-disant notation de configuration complète comportant les numéros de coquilles successives, les désignations de lettres des sous-couches successives et une notation du nombre d’électrons dans des orbitales spécifiques, est créée. La notation abrégée de la configuration électronique contient initialement le noyau sous la forme d’une configuration électronique d’un gaz rare , qui est complétée par les électrons restants.
