В настоящее время для описания строения атома используется квантовая механика. Это наука, главным аспектом в которой является то, что электрон обладает свойствами частицы и волны одновременно, т. е. корпускулярно-волновым дуализмом. Согласно квантовой механике, область пространства, в которой вероятность нахождения электрона наибольшая, называется орбиталью. Чем дальше электрон находится от ядра, тем меньше его энергия взаимодействия с ядром. Электроны с близкими энергиями образуют энергетический уровень. Число энергетических уровней равно номеру периода, в котором находится данный элемент в таблице Д. И. Менделеева. Существуют различные формы атомных орбиталей (рис. 4). d-орбиталь и f-орбиталь имеют более сложную форму.

Формы атомных орбиталей

Рис. 4. Формы атомных орбиталей

В электронной оболочке любого атома ровно столько электронов, сколько протонов в его ядре, поэтому атом в целом электронейтрален. Электроны в атоме размещаются так, чтобы их энергия была минимальной. Чем дальше электрон находится от ядра, тем больше орбиталей и тем сложнее они по форме. На каждом уровне и подуровне может помещаться только определенное количество электронов. Подуровни, в свою очередь, состоят из одинаковых по энергии орбиталей.

На первом энергетическом уровне, наиболее близком к ядру, может существовать одна сферическая орбиталь (1s). На втором энергетическом уровне – сферическая орбиталь, большая по размеру и три р-орбитали: 2s2ppp. На третьем уровне: 3s3ppp3ddddd.

Кроме движения вокруг ядра, электроны обладают еще движением, которое можно представить, как их движение вокруг собственной оси. Это вращение называется спином (в пер. с англ. «веретено»). На одной орбитали могут находиться лишь два электрона, обладающих противоположными (антипараллельными) спинами.

Максимальное число электронов на энергетическом уровне определяется по формуле N = 2n².

Где n – главное квантовое число (номер энергетического уровня) (см. табл. 2).

Табл. 2

Энергетический уровень	N	Электронная конфигурация
1-ый	2	1s²
2-ой	8	2s²2p⁶
3-ий	18	3s²3p⁶3d¹⁰
4-ый	32	4s²4p⁶4d¹⁰4f¹⁴

В зависимости от того, на какой орбитали находится последний электрон, различают s, p-, d-элементы. Элементы главных подгрупп относятся к s, p-элементам. В побочных подгруппах находятся d-элементы.