Το άτομο, που προέρχεται από μια ελληνική λέξη που μεταφράζεται χαλαρά σε «αυτό που δεν μπορεί να χωριστεί», θεωρείται ευρέως ως η θεμελιώδης ενότητα όλης της ύλης. Τα άτομα αποτελούνται από υποατομικά σωματίδια που ονομάζονται πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια, με τα δύο προηγούμενα να βρίσκονται στο πυρήνας του ατόμου και αντιπροσωπεύει σχεδόν όλη τη μάζα του, και τα ηλεκτρόνια περιορίζονται σε τροχιακά στην άκρη του άτομο. Ο αριθμός των πρωτονίων στα φυσικά απαντώμενα άτομα κυμαίνεται από 1 έως 92. Αυτά τα διαφορετικά άτομα αντιστοιχούν σε στοιχεία, τα οποία έχουν διαφορετικές ηλεκτροχημικές ιδιότητες λόγω των διαφορετικών μαζών τους και της μοναδικής διάταξης των μικροσκοπικών συστατικών τους στο διάστημα.
Το άτομο
Τα άτομα είναι εξαιρετικά μικρά σωματίδια και δεν μπορούν να χωριστούν περαιτέρω εκτός από εξαιρετικά μέσα. Σκεφτείτε τα κομμάτια που αποτελούν ένα παζλ. Αυτά μπορούν τεχνικά να διαχωριστούν σε μικρότερα κομμάτια χαρτονιού και χαρτιού καταστρέφοντάς τα, αλλά για πρακτικούς σκοπούς, αυτά τα κομμάτια είναι τα θεμελιώδη, αδιαίρετα στοιχεία των παζλ.
Τα άτομα αποτελούνται από πρωτόνια, τα οποία φέρουν θετικό ηλεκτρικό φορτίο. ηλεκτρόνια, τα οποία φέρουν αρνητικό φορτίο. και νετρόνια, τα οποία δεν φέρουν φορτίο. Έτσι σε ένα συνηθισμένο, ηλεκτρικά ουδέτερο άτομο, ο αριθμός των πρωτονίων και ο αριθμός των ηλεκτρονίων είναι ίσος.
Η ατομική μάζα ενός ατόμου είναι περίπου ίση με τον αριθμό των πρωτονίων συν τον αριθμό των ηλεκτρονίων, καθώς η μάζα των ηλεκτρονίων είναι πρακτικά αμελητέα.
Το Πρωτόνιο
Το πρωτόνιο είναι στην πραγματικότητα το σωματίδιο δείκτη οποιουδήποτε ατόμου. Είναι ο αριθμός των πρωτονίων σε ένα άτομο που καθορίζει την ταυτότητα του στοιχείου στο οποίο ανήκει το άτομο. Με άλλα λόγια, εάν δύο άτομα έχουν διαφορετικό αριθμό πρωτονίων, δεν είναι το ίδιο στοιχείο.
Ο αριθμός των πρωτονίων σε ένα στοιχείο καθορίζει τον ατομικό του αριθμό, Z. Το υδρογόνο είναι το ελαφρύτερο στοιχείο και έχει ένα πρωτόνιο (Z = 1). το ουράνιο είναι το βαρύτερο φυσικό στοιχείο και έχει 92 πρωτόνια (Z = 92). Κάθε πρωτόνιο, στο οποίο αποδίδεται μάζα 1.00728 μονάδων ατομικής μάζας (amu), έχει ένα φορτίο που ορίζεται ως +1.
Τα άτομα μπορούν να υπάρχουν μόνο με ένα πρωτόνιο στον πυρήνα τους, όπως συμβαίνει με τα άτομα υδρογόνου. Ένας πυρήνας χωρίς τουλάχιστον ένα συνοδευτικό πρωτόνιο, ωστόσο, δεν είναι άτομο.
Το νετρόνιο
Τα νετρόνια είναι παρόμοιου μεγέθους με τα πρωτόνια, με μια ποσότητα 1,00867, και επίσης κατοικούν στον πυρήνα των ατόμων. Ο αριθμός των νετρονίων σε ένα άτομο με την πιο σταθερή διαμόρφωση ενός στοιχείου είναι συνήθως μεγαλύτερος από τον αριθμό των πρωτονίων, με αυτήν την ανισότητα να μεγαλώνει όσο αυξάνεται ο ατομικός αριθμός. Ένα άτομο υδρογόνου, για παράδειγμα, έχει ένα πρωτόνιο αλλά όχι νετρόνια, ενώ ένα άτομο ηλίου έχει δύο από το καθένα. Ο κασσίτερος, από την άλλη πλευρά, έχει 50 πρωτόνια και 69 νετρόνια, ενώ το ουράνιο έχει 92 και 146 αντίστοιχα.
Ο αριθμός των πρωτονίων συν τα νετρόνια σε ένα άτομο είναι ο αριθμός μάζας του, Μ. Έτσι, ο αριθμός των νετρονίων σε ένα άτομο είναι ο αριθμός ατομικής μάζας μείον τον ατομικό του αριθμό, ή Μ - Ζ.
Εάν ένα άτομο κερδίσει ή χάσει νετρόνια, παραμένει το ίδιο στοιχείο αλλά γίνεται ένα ισότοπο αυτού του στοιχείου. Διαφορετικά ισότοπα αναγνωρίζονται προσαρτώντας το Μ στην επάνω αριστερή γωνία της συντομογραφίας για αυτό το στοιχείο. Για παράδειγμα, 14Το C είναι ένα ισότοπο άνθρακα (Z = 6) που έχει οκτώ νετρόνια αντί για τα συνηθισμένα έξι.
Το ηλεκτρόνιο
Τα ηλεκτρόνια είναι μικροσκοπικά (0,000549 amu), αρνητικά φορτισμένα σωματίδια που περιγράφονται σε τροχιά γύρω από τα πρωτόνια και τα νετρόνια που αποτελούν τον πυρήνα ενός ατόμου, με τον τρόπο των πλανητών σε τροχιά γύρω από τον ήλιο. Αυτή είναι μια τραχιά περιγραφή στην καλύτερη περίπτωση, ωστόσο, καθώς οι εξελίξεις στην κβαντική φυσική έχουν οδηγήσει στην έννοια των διακριτών τροχιακών για τον πυρήνα μεταξύ των οποίων τα ηλεκτρόνια μπορούν να "πηδούν". Αυτά τα τροχιακά αντιστοιχούν σε διαφορετικά επίπεδα ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας και έχουν ονόματα όπως s, p, d και στ. Η κίνηση των ηλεκτρονίων πηγάζει από το ότι έχουν φορτίο -1 και προσελκύονται στον θετικά φορτισμένο πυρήνα.
Κανονικά, ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο είναι ίσος με το Ζ, καθιστώντας αυτά τα άτομα ουδέτερα στο συνολικό φορτίο. Μερικά άτομα έχουν διαφορετικό αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων, με αποτέλεσμα ένα καθαρό θετικό ή αρνητικό φορτίο. Αυτά τα άτομα ονομάζονται ιόντα.