Atom i jego budowa była zagadką wielu pokoleń, aż do końca XIX wieku uważano, że atom jest niepodzielną cząstką. Wielu naukowców przyczyniło się do odkrycia budowy atomu.

Joseph J. Thomson (żyjący w latach 1856 - 1940r.) badając zachowanie się gazów rozrzedzonych pod wpływem wyładowań elektrycznych, stwierdził w 1896 roku obecność mniejszej cząstki od atomu o ładunku ujemnym. Tę cząstkę nazwano elektronem (o symbolu e-) mającym masę około 0,00055 u, czyli 9,11*10-31 kg. Elektron posiada jednostkowy ujemny ładunek elektryczny (-1) o wartości 1,6*10 -19 C.

Antoni H. Becquerel (żyjący w latach 1852 - 1908r.) wraz z Marią Skłodowską -Curie i jej mężem Piotrem Curie, odkrył zjawisko promieniotwórczości, tzn. że niektóre atomy pierwiastków, zwane pierwiastkami promieniotwórczymi, rozpadają się samoistnie najczęściej na trzy typy promieniowania:

  • Promieniowanie a - jest to strumień cząstek o masie równej 4 jednostkom mas atomowych i mającym ładunek 2 razy większy, co do bezwzględnej wartości ładunku elektronu;
  • Promieniowanie b - strumień elektronów o ujemnym ładunku;
  • Promieniowanie g - jest to promieniowanie podobne do promieniowania elektromagnetycznego, takiego jak światło i fale radiowe;

Ernest Rutherford (żyjący w latach 1871-1937r.) angielski prof. fizyki na uniwersytecie w Cambridge, wykonując eksperymenty nad emisją promieniowania polonu stwierdził ciekawe zjawisko. Gdy skierował te promienie na cienką folię ze złota stwierdził, iż większa część promieniowania swobodnie przechodzi przez nią i wywołuje na ekranie słaby rozbłysk, jednak część emitowanych cząstek odchyla się na boki a jeszcze mniejsza część (jedna na 20 000) odbija się już od folii i wraca do swego źródła. W 1911 roku uczony ten przedstawił model atomu jako jądro i krążących wokół niego po powłokach elektronów. Jednak ta planetarna koncepcja modelu atomu nie była zgodna z prawami, znanych w tamtych czasach w fizyce klasycznej. Prawa te udowadniały, że elektron o ładunku ujemnym, krążąc wokół jądra naładowanego dodatnio, zbliżają się do niego po spirali a jednocześnie emitują energię w formie fali elektromagnetycznej o długości zmieniającej się w sposób ciągły, co można by było zaobserwować na spektrografie, jako ciągłe widmo o wyglądzie tęczy. Jednak okazało się, że atomy pierwiastków wysyłają widmo liniowe (nieciągłe), ale dopiero po ich wzbudzeniu pod wpływem wyładowań elektrycznych czy też ogrzewania.

Stwierdzono, że masy izotopów pierwiastka mają w przybliżeniu wartość liczb całkowitych, a więc jądra składają się z tzw. nukleonów, mających względną masę atomową w przybliżeniu wynoszącą jedność. W chwili obecnej neutron i proton traktuje się jako dwa różne stany ładunkowe tego samego nukleonu.

W 1913 roku Niels Bohr (żyjący w latach 1885 - 1962r.), duński profesor fizyki uniwersytetu w Kopenhadze opublikował teorię kwantów, której podstawą był model planetarny atomu Rutherforda, Zasugerowany faktem, że masa atomu prawie całkowicie jest skoncentrowana w jądrze o bardzo małych rozmiarach (w porównaniu z rozmiarami atomów), teoretycznie wyprowadził wzór Balmera. Teoria ta znacznie wpłynęła na rozwój mechaniki kwantowej. Później była ona jeszcze modyfikowana i tak atom wodoru składa się z jądra zawierającego dodatnio naładowany proton oraz z krążącego wokół niego jednego elektronu, a między elektronem a protonem istnieje centralna siłą elektrostatyczną zwaną siłą koulombowską.

Znane są dwa postulaty Bohra:

  1. moment pędu elektronu (kręt, Ln) jest równy n*ħ (stała Planka ħ = h/2p)

Ln = mvnrn = n ħ; n = 1; 2; 3, ...

Istnieje pewien ciąg orbit, po których elektron może krążyć i nie emituje energii, promienie tych torów są proporcjonalne do kolejnych liczb całkowitych podniesionych do kwadratu, jest to niezgodne z zasadami klasycznej elektrodynamiki, patrz wcześniej model Rutheforda;

w zwykłym stanie, w atomie wodoru elektron krąży po pierwszym torze, najbliższym jądra, a więc promień orbity jest także promieniem atomu, gdy elektron krąży po dalszej orbicie pozostaje na niej krótki czas a następnie przemieszcza się na bliższą orbitę, w wyniku takiego przeskoku atom wysyła energię, a więc energia atomu zmniejsza się;

  1. różnica energii elektronu na dwóch sąsiednich orbitach jest równa iloczynowi ħ i częstotliwości fali promieniowania, czyli kwant promieniowania, tłumaczy to tzw. widmo atomowe; ogólnie mówiąc podczas przechodzenia elektronu z jednej orbity na drugą jest pochłaniana lub emitowana energia

E = E 2 - E 1 = ħ n

Tak, więc w danej chwili jeden atom może wyemitować wyłącznie jeden kwant energii o konkretnej długości fali. W zależności od tego ile atomów emituje kwanty o danej częstości istnieją różne natężenia odpowiedniej linii widmowej. Natężenie linii widmowej jest to ilość energii wypromieniowanej w sekundzie, która przypada na wybraną linię widma.