Подання про атомах як неподільних найдрібніших частинках речовини виникло ще в античні часи і існувало аж до кінця 19 століття.
Активне вивчення будови атома почалося в 1897р. після відкриття електрона англійським фізиком Дж. Томсоном, який запропонував в 1903р. першу модель атома: атом являє собою безперервно заряджений позитивним електричним зарядом кулю, всередині якого біля своїх положень рівноваги коливаються електрони; сумарний заряд їх дорівнює позитивному заряду кулі, тому атом в цілому нейтральний.
Метод, запропонований Т. був вельми простий. Спочатку пучок катодних променів відхилявся за допомогою електричного поля, а потім за допомогою магнітного поля він відхилявся на рівну величину в протилежну сторону, так що в підсумку пучок знову випрямлявся. Використовуючи таку експериментальну методику, стало можливим вивести прості рівняння, з яких, знаючи напруженості двох полів, легко визначити як v, так і e / m.
Знайдене в такий спосіб значення e / m для катодних «корпускул» (як називає їх Т.) виявилося в 1000 разів більше відповідного значення для іона водню (тепер ми знаємо, що справжнє ставлення близько до 1800: 1). Водень серед всіх елементів володіє найбільшим відношенням заряду до маси. Якщо, як вважав Т. корпускули несли той же самий заряд, що і іон водню, ( «одиничний» електричний заряд), то він відкрив нову сутність, в 1000 разів легшу, ніж найпростіший атом.
Ця здогадка підтвердилася, коли Т. за допомогою приладу, винайденого Ч.Т. Р. Вільсоном, вдалося виміряти значення е і показати, що воно дійсно дорівнює відповідному значенню для іона водню. Він виявив далі, що відношення заряду до маси для корпускул з катодних променів не залежить від того, який газ знаходиться в газорозрядної трубці і з якого матеріалу зроблені електроди. Більш того, частинки з тим же самим відношенням e / m вдавалося виділити з вугілля при нагріванні і з металів при впливі на них ультрафіолетовими променями. Звідси він зробив висновок, що «атом - не останній межа подільності матерії; ми можемо рухатися далі - до корпускули, і ця корпускулярна фаза однакова, незалежно від джерела її виникнення. Вона, по всій видимості, входить складовою частиною в усі різновиди матерії при самих різних умовах, тому здається цілком природним розглядати корпускулу як одна із цеглинок, з яких побудований атом ».
Т. пішов далі і запропонував модель атома, яка узгоджується з його відкриттям. На початку XX ст. він висунув гіпотезу, що атом є розмиту сферу, яка несе позитивний електричний заряд, в якій розподілені негативно заряджені електрони (як, зрештою, стали називати його корпускули).
Через кілька років було доведено, що пропозиція про безперервному розподілі позитивного заряду всередині атома помилково.
У 1911р. Резерфорд запропонував ядерну (планетарну) модель атома: навколо позитивного ядра, що має заряд Ze (Z- порядковий номер елемента в системі Менделєєва, e- елементарний заряд), по замкнутих орбітах рухаються електрони, утворюючи електронну оболонку атома. Рухомі по замкнутих орбітах електрони володіють доцентрові прискоренням. Відповідно до класичної електродинаміки, прискорені електрони випромінюють електромагнітні хвилі, внаслідок чого безперервно втрачають енергію. Тому електрони, випромінюючи енергію, будуть рухатися по спіралі і, в результаті втрати енергії, наближатися до ядра і, врешті-решт, впадуть на нього. Таким чином, атом в моделі Резерфорда, виявився нестійкою системою.
Якісно нову модель атома зробив в 1913р. датський фізик Нільс Бор. В основу своєї теорії атома Бор поклав два постулати.
Перший постулат Бора (постулат стаціонарних станів): в атомі існують стаціонарні (які не змінюються з часом) стану, в яких він не випромінює енергії. Стаціонарним станам атома відповідають стаціонарні орбіти, по яких рухаються електрони. Рух електронів по таким орбітах не супроводжується випромінюванням електромагнітних хвиль.
Другий постулат Бора (правило частот): при переході електрона з однієї стаціонарної орбіти на іншу випромінюється (поглинається) один фотон з енергією що дорівнює різниці енергій En і Em, відповідних стаціонарним станам атома до і після випромінювання (поглинання). (Hv = En-Em )
Незважаючи на безсумнівний успіх концепції Бора в поясненні структури атома водню, для якого вдалося створити кількісну теорію спектра випромінювання, побудувати подібну теорію для наступного за воднем атома гелію на підставі моделі Бора не вдалося.
Одна з правдоподібних моделей атома схожа на нашу Сонячну систему, і її так і називають - «планетарна модель» У центрі планетарної моделі - основна деталь атома, його ядро, масивний куля, в якому зосереджена майже вся атомна маса. Навколо ядра обертаються маленькі і легкі кульки-електрони, чимось нагадуючи планети, що обертаються навколо Сонця. Така картина дуже наочна, її легко собі уявити, але, звичайно ж, планетарна модель - це спрощення, спотворення істини. Скажімо, електрони - це зовсім не кульки-пилинки, а деякі багато в чому ще загадкові згустки матерії, які ведуть себе не тільки як частинки, але і як хвилі. І рухаються електрони не по спокійним кругових орбітах, як Венера або Земля навколо Сонця. Електрони як би розмазані в просторі, розподілені за сферами навколо ядра, утворюють навколо нього так звані електронні оболонки І саме ядро -теж НЕ більярдна куля. Це величезний (по атомних масштабах, зрозуміло) вируючий казан, в якому безперервно йдуть складні перетворення речовини і енергії, народжуються і вмирають частки.
І все ж планетарна модель, незважаючи на всі її недоліки, допомагає просто і правильно пояснити багато важливих процесів в атомі, багато особливостей його конструкції.
Різні електрони в різній мірі пов'язані з ядром; деякі з них атом може відносно легко втратити, перетворюючись в позитивний іон. Купуючи додаткові електрони, атом перетворюється в негативний іон. Істотно, що атом може поглинати і випускати лише певні, характерні для даного хімічного елемента кванти енергії. У зв'язку з цим говорять про певні енергетичних рівнях атома.
При порушенні атома електрон перескакує на одну з більш віддалених від ядра орбіт. Це явище називається електронним переходом. Таким чином, у міру збільшення атомного номера елемента електрони поступово заселяють електронні оболонки.