בסתיו 1910, ארנסט רתרפורד, המום ממחשבות, ניסה בכאב להבין את המבנה הפנימי של האטום. הניסויים שלו על פיזור חלקיקי אלפא על ידי חומרים שונים הוכיחו באופן משכנע שבתוך האטום יש גוף מסיבי שלא נחקר עד כה. בשנת 1912, רתרפורד היה קורא לזה גרעין האטום. אלפי שאלות הסתחררו בראשו של המדען. איזה מטען יש לגוף הלא ידוע הזה? כמה אלקטרונים נדרשים כדי לתת לו משקל?
במאי 1911, רתרפורד מפרסם מאמר על מבנה האטום, שקודם לו אזהרה משמעותית ביותר לפיה יציבות המבנה האטומי תלויה כנראה בדקויות המבנה הפנימי של האטום והתנועה של חלקיקים טעונים, שהם המרכיב המבני החשוב שלו. כך נולדה התצורה האלקטרונית - המודל הגרעיני-אלקטרוני. מודל זה נועד למלא תפקיד חשוב מאין כמוהו בפיזיקה גרעינית.
אלקטרוניתצורה היא הסדר שבו אלקטרונים מופצים במסלולי אטום. הודות למוח החקרני והתמדה של ארנסט רתרפורד, שהצליח להגן על הרעיון שלו, המדע הועשר בידע חדש, שלא ניתן להפריז בערכו.
התצורה האלקטרונית של האטום היא כדלקמן. במרכז המבנה כולו נמצא הגרעין, המורכב ממספר שונה של נויטרונים ופרוטונים לכל חומר. מה גורם למטען החיובי של הגרעין. אלקטרונים נעים סביבו לאורך המסלולים הקונצנטריים המתאימים - חלקיקים אלמנטריים בעלי מטען שלילי. מסלולים אטומיים אלה נקראים גם קונכיות. המסלול החיצוני של אטום נקרא מסלול הערכיות. ומספר האלקטרונים עליו הוא ערכיות.
כל תצורה אלקטרונית של היסודות שונה במספר האלקטרונים שהיא מכילה. לדוגמה, אטום מהחומר הפשוט ביותר ביקום - מימן - מכיל רק אלקטרון בודד אחד, אטום חמצן - שמונה, ובתצורה האלקטרונית של ברזל יש עשרים ושישה אלקטרונים.
אבל הערך הקובע במודל האלקטרוני של האטום אינו מספר האלקטרונים כלל, אלא מה שמחזיק אותם יחד וגורם לכל המערכת לתפקד כראוי - הגרעין והרכבו. הליבה היא שנותנת לחומר את איכויותיו ומאפייניו האישיים. לפעמים אלקטרונים עוזבים את המודל האטומי, ואז האטום רוכש מטען חיובי (עקב מטען הגרעין). במקרה זה, החומר אינו משנה את תכונותיו. אבל אם תשנה את הרכב הגרעין, אז זה יהיה חומר אחר לגמרי עם איכויות שונות. זה לא קל לעשות את זה, אבל זה עדיין אפשרי.
מכיוון שהתצורה האלקטרונית היא בלתי אפשרית ללא היסוד המבני העיקרי שלה - גרעין האטום, יש לתת לה תשומת לב מיוחדת. האלמנט המרכזי הזה של המודל האטומי הוא שיוצר את התכונות והמאפיינים האישיים של כל חומר כימי. פרוטונים, שלמעשה נותנים לגרעין מטען חיובי, כבדים פי 1840 מכל אלקטרון. אבל כוח המטען של פרוטון שווה לערך דומה של כל אלקטרון. במצב של איזון, מספר הפרוטונים באטום שווה למספר האלקטרונים. במקרה זה, הגרעין הוא נושא מטען אפס.
חלקיק חשוב נוסף של גרעין האטום נקרא נויטרון. היסוד הזה, שאין לו מטען, הוא שאיפשר את תגובת השרשרת הגרעינית. כך שפשוט אי אפשר להפריז בערכו של הנייטרון.
