Вся материя внутри - это огромное скопление молекул. Молекулы представляют собой соединение двух или более атомов, которые являются самой основной единицей физической материи. Атомам присваивается другой вес в зависимости от количества протонов и нейтронов в ядре и электронов в окружающем облаке. Та же самая электромагнитная сила, которая удерживает один атом вместе, может также удерживать два или более атомов вместе, чтобы сформировать молекулу, в то время как многочисленные молекулы соединяются вместе, образуя материю.
Атомы, основные строительные блоки жизни, состоят из трех частиц: нейтронов, протонов и электронов. Подавляющая часть массы атома находится в ядре, в центре атома, состоящем из протонов и нейтронов, в то время как электроны покрывают область за пределами ядра. Протоны заряжены положительно, электроны - отрицательно, а нейтроны - нейтральны. Атомный вес атома определяется количеством протонов и нейтронов, в то время как его атомный номер равен только количеству присутствующих протонов. Хотя электроны могут различаться, в случае ионов, у которых электроны потеряны или получены, и нейтроны могут не присутствовать, как в атомах водорода, у которых нет нейтронов, число протонов в атоме никогда не изменения. Поскольку электроны могут быть приобретены или потеряны, а нейтроны не могут быть включены, элементы идентифицируются по атомному номеру, потому что количество протонов никогда не меняется. Периодическая таблица элементов - это диаграмма, отображающая все известные элементы, которые существуют, частично упорядоченные по номерам. Первый и самый простой элемент, водород с одним протоном и одним электроном, имеет атомный номер один, в то время как более крупные элементы, такие как радий под номером 88, отображаются в порядке их количества протоны.
Молекулы - это сочетание одного или нескольких атомов в определенное вещество. Пожалуй, самые известные комбинации - это вода (H2O), углекислый газ (CO2) и кислород (O2, точнее, дикислород). Химическая формула молекулы (например, H2O) показывает конкретные атомы в веществе, а также количество обнаруженных элементов. В случае воды (H2O) в каждой молекуле воды есть два атома водорода и один атом кислорода. Если бы молекула потеряла один из этих атомов, соединение перестало бы быть водой.
Молекулы удерживаются вместе, потому что положительная и отрицательная части атома (протоны и электроны соответственно) притягиваются друг к другу. Их называют химическими связями. Каждая молекула имеет положительный и отрицательный конец, как стороны батареи, которые соединяются с другими молекулами, образуя определенное вещество. В случае воды положительно заряженные атомы кислорода притягиваются к отрицательно заряженному атому водорода, образуя водородную связь.
Соединения представляют собой любую комбинацию более чем одного элемента, например водорода и кислорода (вода) или натрия и хлора (соль). Хотя известно только 118 элементов, конкретная комбинация и последовательность атомов создают бесконечное количество возможностей. Например, химическое соединение этанол, обычно называемое спиртом, имеет химическую формулу C2H5OH. Хотя присутствует шесть атомов водорода, последний водород связан с атомом кислорода. На самом деле связь атома углерода с гидроксильной (ОН) группой отличает любое органическое соединение от спирта, но не от этанола.
Хотя некоторые вещества могут состоять только из одного элемента, количество этого элемента также позволяет различать разные вещества. Кислород, необходимый людям и другим животным, представляет собой комбинацию двух атомов кислорода (O2); однако три атома кислорода (O3) создают озон, который является важной частью атмосферы Земли, но может быть токсичным для органической жизни.