原子结构与连接
要了解粘结的形成，有必要了解粘结的一般特征电子结构原子的排列电子围绕着中心原子核。有关本主题的背景资料及进一步详情，看到原子．
原子结构
现代版本的原子结构始于欧内斯特·卢瑟福的识别一个原子由一个单一的，中心的，巨大的，带正电的原子核组成，周围是电子。的数量质子在原子核中是原子序数，Z元素的。(氢Z= 1, for碳Z= 6)。一个质子电子带正电荷，而电子带的负电荷大小相等但相反负责．对于一个电中性的原子来说，它所含的核外电子的数量必须与原子核中质子的数量相同。因此，中性原子中的电子数为原子序数Z也Z．因此，氢原子有一个电子，而碳原子有六个电子。
玻尔模型
第一次尝试介绍量子理论解释原子结构的理论是由丹麦物理学家提出的尼尔斯·玻尔在1913年。他断言，氢原子中的电子占据了一组离散的(但是无限在数量上)轨道，每个轨道离原子核的距离逐渐增加，并用一个整数标记n= 1,2，....这个整数是a的一个例子量子数，这通常是一个整数(在某些情况下是半整数)，它标记了系统的状态，并通过适当的公式确定了系统的某些物理性质的值。通过匹配电子的离心效应运动原子核对电子的静电吸引力，玻尔能够找到电子的能量和电子的能量之间的关系量子轨道数。他得到的结果与以前用光谱学方法得到的氢原子能级的观测值几乎完全一致。
玻尔的胜利是第一次明显成功地将量子将理论思想融入到描述中机械系统．然而，该模型在数值上的成功被证明是巧合，玻尔的模型现在被认为只是量子力学进化中具有历史意义的重要一步。它的有效性在引入后不久就出现了裂痕。因此，有人说玻尔实际上并没有派生的离散轨道的存在是从更基本的原理出发的但只是把它们强加在模型上。此外，所有试图将他的理论扩展到由一个以上电子组成的原子的尝试(氦例如，有两个电子)完全失败了。尽管这个模型通过更详细的轨道规范得到了增强(最值得注意的是，首先，通过允许椭圆轨道并引入第二个量子数来指定椭圆的延伸，其次，通过允许的影响相对论)，但未能推广到多电子原子仍然是一个致命的缺陷。
量子力学模型
目前对原子结构的认识还有待于引进量子力学科学家们维尔纳·海森堡德国和欧文薛定谔在20世纪20年代中期的奥地利事实上，今天仍在使用的氢原子结构是由Schrödinger在他介绍他的版本的四篇论文中提出的量子力学——波力学——向世界传播。氢原子的量子力学模型与实验在数值上有相同的一致性，而实验证明与玻尔模型非常吻合，但它建立在更根本的基础上(即，允许的能态的离散性来自更一般的方面，而不是强加的)，并且该模型可以推广到多电子原子(尽管有困难)。此外，与玻尔的理论不同的是，它与量子力学的基本原理是一致的，特别是电子的波动特性和量子力学的要求不确定性原理，说明位置和动力(质量乘以速度)不能同时确定。
的位置电子
在氢原子的量子力学模型中，电子的位置用a表示概率分布因此，人们谈论的是在原子核附近的特定位置发现电子的概率。反过来，概率分布是由一个称为a的数学函数决定的波函数，表示ψ。粒子分布的波函数是量子力学的一般特征，对于原子中的电子，它们被称为原子轨道．这个名字轨道目的是要表达一个比玻尔模型的显式轨道更不精确的分布。在指定位置找到电子的概率与该点波函数振幅的平方成正比。因此，轨道的符号(正负)与电子的位置无关，因为取ψ的平方消除了它可能具有的任何负号。然而，如下文所述分子轨道理论，在讨论原子间的成键时，这个符号是至关重要的，因此不能被忽视。
量子数
要指定一个原子中的每个轨道需要三个量子数，其中最重要的是主量子数，n与玻尔引入的量子数相同。主量子数指定电子在轨道上的能量，和，为n从最低值1到允许值2,3，…，相应轨道的能量增加。基态，或者最低能量状态是氢原子通常被发现和拥有的状态n= 1时，它由离原子核最近的轨道上的一个电子组成。作为n增加，电子到原子核的平均距离也增加，并且n方法∞时，平均距离也趋于无穷。将电子从轨道上提升所需要的能量n= 1的轨道n=∞被称为电离能氢原子的;这是将电子从原子中完全移走所需要的能量。
量子数n标记原子的壳层。每个外壳由n2具有相同主量子数的单个轨道，因此(在氢原子中)具有相同的能量。一般来说，每个壳层由距离原子核大约相同距离的轨道组成。壳像外皮洋葱的一层，内层包裹着连续的外皮
下一个量子数需要指定轨道来标示l叫做轨道角动量量子数。这个量子数对决定氢原子的能量没有作用。它表示电子绕原子核的轨道角动量的大小。在古典术语中，如l电子绕原子核循环的速率增加。的价值l在主量子数的壳层中n仅限于n取值0,1,2，…，n−1、价值的l在给定的壳层中，轨道的亚层这个轨道属于哪个轨道。的允许值l有n主量子数壳层中的亚壳层n．正如将要解释的，有两个l在一个给定的亚壳层中有+ 1个轨道。
的值唯一指定子shelln而且l，通常用稍微不同的方式来标记它们。一个子壳层l= 0被称为an年代亚壳层，一个l= 1称为ap亚壳层，一个带l= 2称为ad亚层。其他的子壳是遇到，但这三个是这里唯一需要考虑的。壳层的三个亚壳层n= 3，例如，被称为3年代3p，和3d亚层。
如上所述，具有量子数的亚壳层l由2人组成l+ 1个单独的轨道。因此,一个年代shell (l= 0)由一个单一轨道组成，称为an年代轨道；一个pshell (l= 1)由三个轨道组成，称为p轨道；和一个d亚层（l= 2)由5个轨道组成，称为d轨道。每个轨道都用磁量子数标记，米l，可以取2l+ 1值l，l−1，…，−l．氢原子处于最低能态的轨道被称为1年代轨道，表示它属于(事实上是唯一的)壳层n= 1和subshell withl= 0。