O átomo, derivado de uma palavra grega que pode ser traduzida vagamente como "aquilo que não pode ser dividido", é amplamente considerado a unidade fundamental de toda a matéria. Os átomos consistem em partículas subatômicas chamadas prótons, nêutrons e elétrons, com os dois primeiros residindo no núcleo do átomo e responsável por quase toda a sua massa, e elétrons confinados a orbitais na borda do átomo. O número de prótons em átomos que ocorrem naturalmente varia de 1 a 92; esses diferentes átomos correspondem a elementos, que têm diferentes propriedades eletroquímicas devido às suas massas variáveis e ao arranjo único de suas minúsculas partículas constituintes no espaço.
O átomo
Os átomos são partículas extremamente pequenas e não podem ser divididos posteriormente, exceto por meios extraordinários. Pense nas peças que formam um quebra-cabeça. Eles podem ser tecnicamente separados em pedaços menores de papelão e papel destruindo-os, mas para fins práticos, essas peças são os elementos fundamentais e indivisíveis dos quebra-cabeças.
Os átomos consistem em prótons, que carregam uma carga elétrica positiva; elétrons, que carregam uma carga negativa; e nêutrons, que não carregam carga. Assim, em um átomo eletricamente neutro comum, o número de prótons e o número de elétrons são iguais.
A massa atômica de um átomo é aproximadamente igual ao número de prótons mais o número de elétrons, já que a massa dos elétrons é praticamente desprezível.
O próton
O próton é, com efeito, a partícula índice de qualquer átomo. É o número de prótons em um átomo que determina a identidade do elemento ao qual um átomo pertence; em outras palavras, se dois átomos têm um número diferente de prótons, eles não são o mesmo elemento.
O número de prótons em um elemento determina seu número atômico, Z. O hidrogênio é o elemento mais leve e possui um próton (Z = 1); o urânio é o elemento natural mais pesado e tem 92 prótons (Z = 92). Cada próton, ao qual é atribuída uma massa de 1.00728 unidades de massa atômica (amu), tem uma carga designada como +1.
Os átomos podem existir apenas com um próton em seu núcleo, como é o caso dos átomos de hidrogênio. Um núcleo sem pelo menos um próton acompanhante, entretanto, não é um átomo.
O nêutron
Os nêutrons são semelhantes em tamanho aos prótons, com uma amu de 1,00867, e também habitam o núcleo dos átomos. O número de nêutrons em um átomo na configuração mais estável de um elemento é geralmente maior do que o número de prótons, com essa disparidade se tornando maior à medida que o número atômico aumenta. Um átomo de hidrogênio, por exemplo, tem um próton, mas nenhum nêutron, enquanto um átomo de hélio tem dois de cada. O estanho, por outro lado, tem 50 prótons e 69 nêutrons, enquanto o urânio tem 92 e 146, respectivamente.
O número de prótons mais nêutrons em um átomo é o seu número de massa, M. Assim, o número de nêutrons em um átomo é seu número de massa atômica menos seu número atômico, ou M - Z.
Se um átomo ganha ou perde nêutrons, ele permanece o mesmo elemento, mas se torna um isótopo desse elemento. Os diferentes isótopos são identificados acrescentando M ao canto superior esquerdo da abreviatura desse elemento. Por exemplo, 14C é um isótopo de carbono (Z = 6) que possui oito nêutrons em vez dos seis usuais.
O elétron
Os elétrons são partículas minúsculas (0,000549 amu), com carga negativa, descritas como orbitando os prótons e nêutrons que constituem o núcleo de um átomo, da mesma forma que os planetas orbitam o sol. Esta é, na melhor das hipóteses, uma descrição aproximada, visto que os avanços na física quântica levaram ao conceito de orbitais discretos sobre o núcleo entre os quais os elétrons podem "pular". Esses orbitais correspondem a diferentes níveis de energia eletromagnética e recebem nomes como s, p, d e f. O movimento dos elétrons decorre de terem uma carga de -1 e serem atraídos para o núcleo carregado positivamente.
Normalmente, o número de elétrons em um átomo é igual a Z, tornando esses átomos neutros na carga geral. Alguns átomos têm números diferentes de prótons e elétrons, resultando em uma carga líquida positiva ou negativa. Esses átomos são chamados de íons.