Fysieke materie is opgebouwd uit atomen en moleculen. Een atoom is de subcomponent van een molecuul, of de kleinste eenheid van materie. Het is het kleinste deel waarin een element zich kan verdelen. Een molecuul is opgebouwd uit atomen die zijn gebonden door een ionische, covalente of metallische binding.
Eigendommen
Een atoom bestaat ofwel als een neutrale component (met een gelijk aantal protonen en elektronen) of als een ion (een positief ion heeft meer protonen dan elektronen, en een negatief ion heeft meer elektronen dan protonen. Het aantal protonen in een atoom wordt het atoomnummer (Z) genoemd en het aantal neutronen in een atoom wordt het neutronennummer (N) genoemd. Het massagetal (A) van een atoom is de som van protonen en neutronen (Z + N). Een molecuul is neutraal geladen en bestaat in twee toestanden: stabiel of onstabiel. De massa kan worden berekend uit de molecuulformule.
Componenten
Een atoom is samengesteld uit subatomaire deeltjes (elektron, neutron en proton), een kern en een elektronenwolk. Elektronen zijn negatief geladen deeltjes die zich in een elektronenwolk bevinden die rond de centrale kern draait. De massa van een elektron is ongeveer 0,0005 keer die van een proton. Protonen zijn positief geladen deeltjes die zich in een atoomkern bevinden. Een kern is een neutraal deeltje dat goed is voor bijna 99,9 procent van de totale massa van een atoom. Een molecuul is samengesteld uit twee of meer atomen die bij elkaar worden gehouden door een sterke chemische binding.
Grootte
Een atoom heeft een diameter van ongeveer 0,2 nanometer. Een nanometer is gelijk aan 0,0000000001 meter. Het kleinste molecuul in de natuur is het diatomische waterstofmolecuul (H2) met een lengte van 0,74 angstrom. Een angstrom is gelijk aan 0,1 nanometer of 1,0 x 10-10 meter.
Vorm
Atomen hebben geen vaste vorm en bestaan als ringen, lobben of bollen. De vorm van een molecuul hangt af van de rangschikking van de samenstellende atomen. Moleculen kunnen lineair, trigonaal vlak, tetraëdrisch, trigonaal piramidaal, trigonaal bipyramidaal en octaëdrisch zijn, afhankelijk van hun atomaire samenstelling. Een diatomisch molecuul is lineair van vorm, terwijl een molecuul gemaakt van drie bindingsparen (BF3) trigonaal vlak is, met zijn F-B-F-bindingen op 120 graden ten opzichte van elkaar.
Types
Er zijn talloze soorten atomen, elk met een andere grootte, molecuulgewicht en naam. Voorbeelden van gewone atomen zijn onder meer een waterstofatoom, een zwavelatoom, een zuurstofatoom en een stikstofatoom. De verschillende soorten moleculen omvatten: diatomische, homoatomaire en heteroatomaire moleculen. Een diatomisch molecuul bestaat uit twee atomen; een homoatomair molecuul bestaat uit twee (of meer) atomen van hetzelfde element (of dezelfde stof); en een heteroatomisch molecuul bestaat uit twee of meer atomen van verschillende elementen. Volgens "Foundations for Chemistry" zijn moleculen eenvoudig of complex. Eenvoudige moleculen bestaan uit een enkel atoom, terwijl complexe moleculen uit twee of meer atomen bestaan.