På atomnivå arbetar världen enligt kvantmekanikens principer. Kunskap om den grundläggande informationen om atomens struktur är nödvändig för en korrekt förståelse av vår verklighet och är grunden för ytterligare lärande om kemins värld och dess beroenden.
Atomen och dess struktur
De enskilda partiklarna som utgör materia är atomer. Allt som omger oss är atomer. Grundämnena är summan av deras atomer – järn är gjord av järnatomer, koppar är gjord av kopparatomer, etc. Så vad består en atom av? De flesta av oss vet svaret: positivt laddade protoner, negativt laddade elektroner och neutroner utan laddning. Är detta rätt svar? Absolut, men om vi ser på en atom på det sätt som en kemist gör, så svarar vi att atomen består av två grundelement: kärnan och det omgivande elektronmolnet.
Atomkärna
Atomens kärna är dess centrum och utgör dess viktigaste del. Den består av protoner (positivt laddade) och neutroner (elektriskt neutrala). Dessa är inte odelbara komponenter. Både protoner och neutroner har en inre struktur – de är gjorda av mindre partiklar som kallas kvarkar. En proton är gjord av två övre kvarkar och en nedre kvarkar. En neutron har dock en övre kvark och två nedre kvarkar i sin struktur.
Elektronmoln
En atom har inte en tydligt definierad kant – detta beror på närvaron av ett elektronmoln. Ett elektronmoln är området med störst sannolikhet för närvaron av en elektron (viktigt: vägen längs vilken elektronen rör sig kan inte tydligt bestämmas. Det är bara möjligt att bestämma sannolikheten att hitta den i olika områden i rymden). Ett elektronmoln består av elektroner som kretsar runt en atomkärna. Alldeles intill kärnan är elektronmolnets densitet högst, medan ju längre bort från kärnan, desto mer diffust är molnet.
Kvantbeskrivning av atomen
Tillståndet för varje elektron i en atom beskrivs av vågfunktionerna. Vågfunktionerna är en matematisk lösning på Schrödinger-ekvationen. Denna ekvation kan i sin tur lösas om flera grundläggande villkor införs. Av denna anledning har kvanttal använts. Kvanttal som unikt beskriver kvanttillståndet för varje elektron i en given atom karakteriseras kortfattat nedan:
- huvudkvantnummer n :
är ansvarig för elektronens energi. Har värdena för successiva naturliga tal. Det kan variera från 1 till oändligt. I praktiken är detta inte fallet och oftast sträcker sig n från 1 till 7. Nivåer med samma huvudsakliga kvantnummer kallas elektronskalet.
- azimutal kvantnummer l :
definierar energier mer exakt. Värdet på det azimutala kvanttalet bestämmer underskalet för ett givet atomskal. Formen på de atomära orbitalerna beror också på värdet av detta tal. Det azimutala kvanttalet har värden från noll till ( n -1).
- magnetiskt kvantnummer m :
värdet av ett magnetiskt kvanttal beror på det azimutala kvanttalet. Det magnetiska kvanttalet m har värden från – l till l (inklusive 0). Tack vare kunskapen om det magnetiska kvanttalet bestäms orbitalernas inbördes positioner i rymden, vilket ger information om antalet orbitaler på en given undernivå.
- spin kvantnummer:
medan de rör sig runt atomkärnan, rör sig elektroner också runt sin egen axel. Denna rörelse kallas spinn och spinnkvantnumret är associerat med det. Den har bara två värden: + ½ och – ½. Varje atomomloppsbana kan innehålla två elektroner med olika värde på spinnkvantnumret. När man beskriver kvanttal är det omöjligt att inte nämna en av de grundläggande lagarna i kemin, nämligen Pauli-uteslutningsprincipen . Enligt denna princip kan en atom inte innehålla två elektroner med samma kvanttal. Elektronerna i atomen måste skilja sig åt i värde av minst ett kvanttal. 
Elektronskal och underskal
Atomkärnan är omgiven av ett elektronmoln där man med en viss sannolikhet kan hitta en elektron. Dessa elektroner är ordnade på lämpliga elektronskal. Enkelt uttryckt är elektronskalen nivåer med samma huvudsakliga kvantnummer n . Skalet längst bort från atomkärnan kallas valensskalet – elektronerna som kretsar runt detta skal kallas valenselektroner (de skapar kemiska bindningar mellan atomer av olika grundämnen eller atomer av samma grundämne). Varje elektronskal identifieras med en bokstav. Så för n = 1 är bokstaven K, för n = 2 är bokstaven L, etc (för n 1 till 7 är bokstäverna: K till Q). Vart och ett av elektronskalen i en atom består av underskal. Underskalen definieras av de azimutala kvanttalen l . På underskalen finns elektroner som har exakt definierade, lika energivärden. Underskalen har också en specifik ‘kapacitet’ – de kan innehålla 2*(2* l +1), där l är det azimutala kvanttalet. Underskalen har också sina bokstavsbeteckningar: s, p, d, f, g, h osv.
Elektronkonfiguration
För korrekt bestämning av elektronkonfigurationen i en atom är det nödvändigt att känna till ordningen för energinivåer (ordningen på individuella underskal och skal enligt ökande energivärde). Konfiguration är bara tilldelningen av individuella elektroner till energinivåer. Det finns två energitillstånd för en atom: grundtillståndet och det exciterade tillståndet . Vi observerar grundtillståndet när elektronerna är fördelade på enskilda orbitaler enligt expansionsreglerna. Den har då lägst energi. Om atomen får en viss mängd energi, så kan elektronen överföras från orbitalen med lägre energi till den fria orbitalen med högre energi – då talar vi om atomens exciterade tillstånd. Således, för att hitta den korrekta elektronkonfigurationen för en atom i grundtillståndet, måste individuella orbitaler fyllas i enlighet med den ökande energin, iakttagande av Pauli-uteslutningsprincipen. Enligt dessa principer skapas den så kallade fullkonfigurationsnotationen med antalet på varandra följande skal, bokstavsbeteckningar för successiva subskal och en notation av antalet elektroner i specifika orbitaler. Den förkortade elektronkonfigurationsbeteckningen innehåller initialt kärnan i form av en elektronisk konfiguration av en ädelgas , som kompletteras med de återstående elektronerna.
