L'idrogeno (H) e' il componente principale dell'Universo ed e' il piu' semplice degli elementi chimici.
Il suo atomo e' costituito da un nucleo formato da un protone, particella di carica elettrica positiva, attorno a cui si muove un elettrone, con carica di uguale intensita' ma negativa.

Le due cariche di segno opposto si attirano, per cui se si comportasse secondo le leggi classiche dell'elettromagnetismo, o della meccanica celeste, l'elettrone cadrebbe sul protone.

Ma il modello dell'atomo di H come un piccolo sistema solare non corrisponde ai risultati sperimentali, in particolare alla costanza nella formazione di righe spettrali di ben determinate lunghezze d'onda.

Ai primi del '900 Niels Bohr propose un modello in cui l'elettrone poteva trovarsi solo in particolari orbite di ben definita energia e non ad una distanza qualunque dal nucleo. 
L'energia dell'atomo non puo' cambiare in modo continuo ma solo per "salti". Questi pacchetti di energia sono chiamati quanti. I quanti non possono essere spezzati in valori intermedi, se l'elettrone non riceve il pacchetto intero non aumenta la sua energia. 
Livelli di energia per l'atomo di H.

In seguito Schroedinger sostituì il concetto di orbita circolare, non piu' consistente con le osservazioni, con il termine di orbitale, ossia di area attorno al nucleo in cui abbiamo maggiore probabilita' di trovare l'elettrone. 

Dall'orbitale piu' vicino al nucleo (e piu' basso livello di energia) l'eletttrone puo' saltare ad orbite piu' lontane (livelli di energia piu' alti), con la somministrazione di fotoni di sufficiente energia. 
I fotoni sono pacchetti (quanti) di radiazione elettromagnetica la cui energia E dipende dalla lunghezza d'onda della radiazione:

Ricadendo ai livelli piu' bassi (piu' stabili) l'elettrone riemette gli stessi quanti di energia ricevuti, e produce le righe spettrali. 
I "salti" che l'elettrone puo' fare sono sempre gli stessi e così gli spettri sono costanti e rendono riconoscibili gli elementi. 

Esempio di assorbimento e emissione di energia nell'atomo di H

Ma perche' solo questi livelli energetici e non altri?
Nel 1923 Louis de Broglie propose una affascinante teoria: gli elettroni si comportano sia da particelle che da onde! 

Interferenza della luce

Interferenza degli elettroni

Se dunque pensiamo agli elettroni come onde, dovremo cambiare completamente il nostro concetto di "orbita". Essa per esistere dovra' comprendere un numero intero di oscillazioni, in base alla lunghezza d'onda posseduta dall'elettrone.

Modello di de Broglie

Abbiamo così visto come l'elettrone si comporti sia da particella (ha una massa) sia da onda (fenomeno dell'interferenza), ma anche la radiazione elettromagnetica ha sia caratteristiche ondulatorie, sia caratteristiche particellari rappresentate dai fotoni. 
 

Un ottimo sito in inglese in cui sono trattati questi argomenti e in cui ritrovare le animazioni è: http://www.colorado.edu/physics/2000/applets/index.html
Un sito in italiano con informazioni sull'atomo di H è: http://helios.unive.it/~chem2000/homes/basso.htm