Сучасні уявлення про будову атома загалом базуються на уявленнях квантової механіки. На популярному рівні будову атома можна викласти у рамках так званої планетарної моделі, запропонованої Ернестом Резерфордом у 1911 році як результат його експериментів з розсіяння альфа-частинок атомами золота, та моделі Бора.
Згідно з моделлю Резерфорда атом складається з масивного важкого ядра і електронів, що обертаються навколо ядра. Така модель нагадує своєю будовою Сонячну систему, що й слугувало при виборі назви моделі. Однак, сьогодні модель атома Резерфорда має лише історичну цінність. Проблема цієї моделі полягає у її нестабільності. Відповідно до теорії Максвела заряджена частинка, що рухається з прискоренням повинна випромінювати. Відповідно, електрон обертаючись навколо ядра, рухається із доцентровим прискоренням, а отже має випромінювати і, гублячи кінетичну енергію, падати на ядро. Такий атом повинен існувати протягом неймовірно малих проміжків часу (близько 10 мільярдних долі секунди).
Хвильові функції орбіталей електронів в атомі.
Планетарну модель змінила модель Бора, ставши етапом у розвитку квантової механіки. За цією моделлю:
Атоми складаються з елементарних частинок (протонів, електронів, та нейтронів). Маса атома в основному зосереджена в ядрі, тому більша частина об'єму відносно порожня. Ядро оточене електронами. Кількість електронів дорівнює кількості протонів у ядрі, кількість протонів визначає порядковий номер елемента в періодичній системі. У нейтральному атомі сумарний негативний заряделектронів дорівнює позитивному зарядові протонів. Атоми одного елемента з різною кількістю нейтронів називаються ізотопами.
У центрі атома знаходиться крихітне, позитивно заряджене ядро, що складається з протонів та нейтронів.
Ядро атома приблизно в 100 000 разів менше, ніж сам атом. Таким чином, якщо збільшити атом до розмірів аеропорту Бориспіль, розмір ядра буде меншим від розміру кульки для настільного тенісу.
Ядро оточене електронною хмарою, яка займає більшу частину його об'єму. В електронній хмарі можна виділити оболонки, для кожних з яких існує кілька можливих орбіталей. Заповнені орбіталі складають електронну конфігурацію, властиву для кожного хімічного елемента.
Кожна орбіталь може містити до двох електронів, що характеризуються трьома квантовими числами: головним, орбітальним і магнітним.
Кожен електрон на орбіталі має унікальне значення четвертого квантового числа: спіну.
Орбіталі визначаються специфічним розподілом ймовірності того, де саме можна знайти електрон. Приклади орбіталей та їхні позначення приведені на рисунку праворуч. «Границею» орбіталі вважається відстань, на якій імовірність того що електрон може перебувати поза нею є меншою 90 %.
Кожна оболонка може містити не більше від строго визначеного числа електронів. Наприклад, найближча до ядра оболонка може мати максимум два електрони, наступна — 8, третя від ядра — 18.
Коли електрони приєднуються до атома, вони займають орбіталь із найнижчою енергією. Лише електрони зовнішньої оболонки можуть брати участь в утворенні міжатомних зв'язків. Атоми можуть віддавати та приєднувати електрони, стаючи позитивно або негативно зарядженими іонами. Хімічні властивості елемента визначаються тим, з якою легкістю ядро може віддавати або здобувати електрони. Це залежить як від числа електронів так і від ступеня заповненості зовнішньої оболонки.