Pierwiastek to substancja składająca się całkowicie z jednego atomu. Tak więc układ okresowy pierwiastków jest w rzeczywistości listą wszystkich znanych typów atomów. Jednak sam atom nie jest najmniejszą znaną cząstką, ale każdy atom składa się z trzech oddzielnych części: elektronów, protonów i neutronów. Co więcej, same protony i neutrony składają się z jeszcze mniejszych części zwanych kwarkami.
Elektrony
Elektrony są cząstkami podstawowymi, co oznacza, że nie wiadomo, jaka cząstka tworzy elektron. Elektrony nadają atomowi pierwiastka jego ładunek; możesz zmienić liczbę elektronów, aby była to dodatnio lub ujemnie naładowana wersja tego samego atomu. Neutralnie naładowany atom będzie miał taką samą ilość elektronów jak protony. Elektrony istnieją na orbitalach, które otaczają jądra atomów i to na tych orbitalach elektrony mogą wiązać się z innymi atomami, tworząc związki.
Protony
Protony są charakterystyczną cechą atomu pierwiastka; liczba protonów jest tym, co daje atomowi masę (elektrony mają znikomą ilość masy w porównaniu do protonów). W ten sposób pierwiastki są klasyfikowane według liczby protonów, które mają ich atomy i są tak zorganizowane w układzie okresowym (np. atom wodoru ma jeden proton, atom węgla ma sześć itd.). Protony znajdują się w jądrze atomu.
Neutrony
Neutrony są mniej więcej tak masywne jak protony i znajdują się w jądrze atomu obok protonów. Podczas gdy protony mają ładunek dodatni, a elektrony ładunek ujemny, neutrony nie mają ładunku. W dużym stopniu zmiana liczby elektronów nie zmienia samego pierwiastka, zmiana liczby neutronów utrzymuje względnie ten sam typ pierwiastka, ale tworzy izotop. Izotopy mogą być niestabilne, a kiedy się rozpadają, uwalniają energię w postaci promieniowania.
Kwarki
Elektrony są podstawowymi cząstkami; jednak protony i neutrony składają się z innego zestawu fundamentalnych cząstek zwanych kwarkami. Odkryte w 1961 roku kwarki są najmniejszymi znanymi cząstkami w fizyce i istnieje sześć typów (górny, dolny, urokliwy, dziwny, dolny i górny). Trzy kwarki łączą się ze sobą, tworząc bariony, w skład których wchodzą protony i neutrony. Kwark może również łączyć się w parę z antykwarkiem, tworząc mezon, ale ten rodzaj materii jest niezwykle niestabilny i trwa tylko ułamek milisekundy.