Modelo atómico
La mayor parte de la materia está formada por una aglomeración de moléculas, que pueden separarse con relativa facilidad. Las moléculas, a su vez, están compuestas por átomos unidos por enlaces químicos que son más difíciles de romper. Cada átomo individual está formado por partículas más pequeñas, es decir, electrones y núcleos. Estas partículas están cargadas eléctricamente, y las fuerzas eléctricas sobre la carga son las responsables de mantener el átomo unido. Los intentos de separar estas partículas constituyentes más pequeñas requieren cantidades cada vez mayores de energía y dan lugar a la creación de nuevas partículas subatómicas, muchas de las cuales están cargadas.
Como se indica en la introducción de este artículo, un átomo está formado en gran parte por espacio vacío. El núcleo es el centro cargado positivamente de un átomo y contiene la mayor parte de su masa. Está compuesto por protones, que tienen carga positiva, y neutrones, que no tienen carga. Los protones, los neutrones y los electrones que los rodean son partículas de larga duración que están presentes en todos los átomos ordinarios y naturales. Junto a estos tres tipos de partículas pueden encontrarse otras partículas subatómicas. Sin embargo, sólo pueden crearse con la adición de enormes cantidades de energía, y son de muy corta duración.
Todos los átomos tienen aproximadamente el mismo tamaño, tanto si tienen 3 como 90 electrones. Aproximadamente 50 millones de átomos de materia sólida alineados en una fila medirían 1 cm (0,4 pulgadas). Una unidad de longitud conveniente para medir el tamaño de los átomos es el angstrom (Å), definido como 10-10 metros. El radio de un átomo mide 1-2 Å. Comparado con el tamaño total del átomo, el núcleo es aún más diminuto. Guarda la misma proporción con el átomo que una canica con un campo de fútbol. En volumen, el núcleo sólo ocupa entre 10 y 14 metros del espacio del átomo, es decir, una parte de cada 100.000. Una unidad de longitud conveniente para medir el tamaño de los núcleos es el femtómetro (fm), que equivale a 10-15 metros. El diámetro de un núcleo depende del número de partículas que contiene y oscila entre unos 4 fm para un núcleo ligero como el carbono y 15 fm para un núcleo pesado como el plomo. A pesar del pequeño tamaño del núcleo, prácticamente toda la masa del átomo se concentra en él. Los protones son partículas masivas con carga positiva, mientras que los neutrones no tienen carga y son ligeramente más masivos que los protones. El hecho de que los núcleos puedan tener entre 1 y casi 300 protones y neutrones explica su gran variación de masa. El núcleo más ligero, el del hidrógeno, es 1.836 veces más masivo que un electrón, mientras que los núcleos pesados son casi 500.000 veces más masivos.
Propiedades básicas
La característica más importante de un átomo es su número atómico (normalmente denotado por la letra Z), que se define como el número de unidades de carga positiva (protones) en el núcleo. Por ejemplo, si un átomo tiene una Z de 6, es el carbono, mientras que una Z de 92 corresponde al uranio. Un átomo neutro tiene el mismo número de protones y electrones, de modo que las cargas positivas y negativas se equilibran exactamente. Dado que son los electrones los que determinan cómo interactúa un átomo con otro, al final es el número de protones en el núcleo el que determina las propiedades químicas de un átomo.