Строение электронной оболочки атома определяется различным запасом энергии Е отдельных электронов в атоме. В соответствии с моделью атома Бора электроны могут занимать в атоме положения, которым отвечают точно определенные (квантовые) энергетические состояния – энергетические уровни.
Число электронов, которые могут находиться на отдельном энергетическом уровне, определяется формулой 2n2, где n – номер уровня, который обозначается арабскими цифрами 1 2 3 4 5 6 7; для обозначения энергетических уровней используются также буквы K L M N O P Q. Максимальное заполнение (количество электронов) первых четырех энергетических уровней в соответствии с формулой 2n2 составляет: для первого уровня K – 2*12= 2 електрона, для второго L – 2*22 = 8 електронов, для третьего M – 2*32 = 18 електронов, для четвертого N – 2*42 = 32 електрона. Максимальное заполнение электронами более высоких энергетических уровней (O, P, Q) в атомах известных элементов не достигнуто.
Если атом находится в основном состоянии, то его электроны занимают уровни с минимальной энергией, т.е. каждый последующий электрон занимает энергетически самое выгодное положение. При внешнем воздействии на атом (тепло, свет, ионизирующие излучения и др.) связанном с передачей ему энергии, электроны переводятся на более высокие энергетические уровни, а состояние атома в этом случае называют возбужденным. Освободившееся на нижнем энергетическом уровне место заполняется (как более выгодное положение) электроном с более высокого энергетического уровня. При переходе с более высокого энергетического уровня на более низкий энергетический уровень, электрон отдает определенное количество энергии, которое равно энергетической разности между уровнями. В результате электронных переходов возникает характерное излучение; по спектральным линиям поглощаемого (излучаемого) света (электромагнитных волн) можно сделать количественное заключение об энергетических уровнях атома. Например, если внести в пламя газовой горелки хлорид натрия, то оно окрасится в желтый цвет, медь окрасит пламя в голубовато-зеленый цвет, соли бора – в зеленый цвет. Окраска пламени как раз и возникает из-за электронных переходов по энергетическим уровням атома, а цвет пламени – определяется электронным строением самого атома.
Следует обратить внимание, что энергетические уровни в атоме, это не какие либо четко определенные орбиты движения и расположения электронов (это не “планеты вокруг Солнца”), а участки в относительной близости от ядра атома, в которых вероятность пребывания электрона с данным энергетическим запасом, является самой высокой.