Het atoom, afgeleid van een Grieks woord dat vrij vertaald kan worden met 'dat wat niet kan worden gedeeld', wordt algemeen beschouwd als de fundamentele eenheid van alle materie. Atomen bestaan uit subatomaire deeltjes die protonen, neutronen en elektronen worden genoemd, waarbij de eerste twee in de kern van het atoom en goed voor bijna al zijn massa, en elektronen beperkt tot orbitalen aan de rand van de atoom. Het aantal protonen in natuurlijk voorkomende atomen varieert van 1 tot 92; deze verschillende atomen komen overeen met elementen die verschillende elektrochemische eigenschappen hebben vanwege hun verschillende massa's en de unieke rangschikking van hun minuscule samenstellende deeltjes in de ruimte.
het atoom
Atomen zijn extreem kleine deeltjes en kunnen niet verder worden verdeeld, behalve door buitengewone middelen. Denk aan de stukjes waaruit een legpuzzel bestaat. Deze kunnen technisch worden gescheiden in kleinere stukjes karton en papier door ze te vernietigen, maar voor praktische doeleinden zijn deze stukjes de fundamentele, ondeelbare elementen van legpuzzels.
Atomen bestaan uit protonen, die een positieve elektrische lading dragen; elektronen, die een negatieve lading dragen; en neutronen, die geen lading dragen. Dus in een gewoon, elektrisch neutraal atoom is het aantal protonen en het aantal elektronen gelijk.
De atomaire massa van een atoom is ongeveer gelijk aan het aantal protonen plus het aantal elektronen, aangezien de massa van elektronen praktisch verwaarloosbaar is.
het proton
Het proton is in feite het indexdeeltje van elk atoom. Het is het aantal protonen in een atoom dat de identiteit bepaalt van het element waartoe een atoom behoort; met andere woorden, als twee atomen een verschillend aantal protonen hebben, zijn ze niet hetzelfde element.
Het aantal protonen in een element bepaalt het atoomnummer, Z. Waterstof is het lichtste element en heeft één proton (Z = 1); uranium is het zwaarste natuurlijk voorkomende element en heeft 92 protonen (Z = 92). Elk proton, waaraan een massa van 1.00728 atomaire massa-eenheden (amu) is toegewezen, heeft een lading die wordt aangeduid als +1.
Atomen kunnen bestaan met alleen een proton in hun kern, zoals het geval is met waterstofatomen. Een kern zonder ten minste één begeleidend proton is echter geen atoom.
de neutronen
Neutronen zijn qua grootte vergelijkbaar met protonen, met een amu van 1,00867, en bewonen ook de kern van atomen. Het aantal neutronen in een atoom in de meest stabiele configuratie van een element is meestal groter dan het aantal protonen, waarbij deze ongelijkheid groter wordt naarmate het atoomnummer toeneemt. Een waterstofatoom heeft bijvoorbeeld een proton maar geen neutronen, terwijl een heliumatoom er twee heeft. Tin daarentegen heeft 50 protonen en 69 neutronen, terwijl uranium respectievelijk 92 en 146 heeft.
Het aantal protonen plus neutronen in een atoom is het massagetal, M. Dus het aantal neutronen in een atoom is het atomaire massagetal minus het atoomnummer, of M - Z.
Als een atoom neutronen krijgt of verliest, blijft het hetzelfde element, maar wordt het een isotoop van dat element. Verschillende isotopen worden geïdentificeerd door M toe te voegen aan de linkerbovenhoek van de afkorting voor dat element. Bijvoorbeeld, 14C is een isotoop van koolstof (Z = 6) die acht neutronen heeft in plaats van de gebruikelijke zes.
het elektron
Elektronen zijn minuscule (0,000549 amu), negatief geladen deeltjes waarvan wordt beschreven dat ze in een baan om de protonen en neutronen draaien die de atoomkern vormen, op de manier waarop planeten om de zon draaien. Dit is echter op zijn best een ruwe beschrijving, aangezien vooruitgang in de kwantumfysica heeft geleid tot het concept van discrete orbitalen rond de kern waartussen elektronen kunnen "springen". Deze orbitalen komen overeen met verschillende elektromagnetische energieniveaus en krijgen namen zoals s, p, d en f. De beweging van elektronen komt voort uit het feit dat ze een lading van -1 hebben en aangetrokken worden door de positief geladen kern.
Normaal gesproken is het aantal elektronen in een atoom gelijk aan Z, waardoor deze atomen neutraal zijn in de totale lading. Sommige atomen hebben verschillende aantallen protonen en elektronen, wat resulteert in een netto positieve of negatieve lading. Deze atomen worden ionen genoemd.