Modelo atómico
A maior parte da matéria consiste numa aglomeração de moléculas, que podem ser separadas com relativa facilidade. As moléculas, por sua vez, são compostas por átomos unidos por ligações químicas que são mais difíceis de quebrar. Cada átomo individual é constituído por partículas mais pequenas – nomeadamente, electrões e núcleos. Estas partículas são carregadas electricamente, e as forças eléctricas sobre a carga são responsáveis por manter o átomo unido. As tentativas de separar estas partículas constituintes mais pequenas requerem quantidades cada vez maiores de energia e resultam na criação de novas partículas subatómicas, muitas das quais são carregadas.
Como referido na introdução a este artigo, um átomo consiste em grande parte em espaço vazio. O núcleo é o centro positivamente carregado de um átomo e contém a maior parte da sua massa. É composto por prótons, que têm uma carga positiva, e neutrões, que não têm carga. Protões, neutrões, e os electrões que os rodeiam são partículas de vida longa presentes em todos os átomos comuns e naturais. Outras partículas subatómicas podem ser encontradas em associação com estes três tipos de partículas. Contudo, só podem ser criadas com a adição de enormes quantidades de energia, e são de vida muito curta.
Todos os átomos têm aproximadamente o mesmo tamanho, quer tenham 3 ou 90 electrões. Aproximadamente 50 milhões de átomos de matéria sólida alinhados em fila mediriam 1 cm (0,4 polegadas). Uma unidade conveniente de comprimento para medir tamanhos atómicos é o angstrom (Å), definido como 10-10 metros. O raio de um átomo mede 1-2 Å. Em comparação com o tamanho total do átomo, o núcleo é ainda mais minuto. Está na mesma proporção ao átomo que um mármore está a um campo de futebol. Em volume, o núcleo ocupa apenas 10-14 metros do espaço do átomo, ou seja, 1 parte em 100.000. Uma unidade conveniente de comprimento para medir tamanhos nucleares é o femtómetro (fm), que equivale a 10-15 metros. O diâmetro de um núcleo depende do número de partículas que contém e varia entre cerca de 4 fm para um núcleo leve como o carbono e 15 fm para um núcleo pesado como o chumbo. Apesar do pequeno tamanho do núcleo, praticamente toda a massa do átomo está aí concentrada. Os prótons são partículas maciças, com carga positiva, enquanto que os neutrões não têm carga e são ligeiramente mais maciços do que os prótons. O facto de os núcleos poderem ter entre 1 e quase 300 protões e neutrões é responsável pela sua grande variação de massa. O núcleo mais leve, o de hidrogénio, é 1.836 vezes mais maciço do que um electrão, enquanto que os núcleos pesados são quase 500.000 vezes mais maciços.
Propriedades básicas
A característica mais importante de um átomo é o seu número atómico (normalmente denotado pela letra Z), que é definido como o número de unidades de carga positiva (prótons) no núcleo. Por exemplo, se um átomo tem um Z de 6, é carbono, enquanto que um Z de 92 corresponde ao urânio. Um átomo neutro tem um número igual de prótons e electrões de modo a que as cargas positivas e negativas se equilibrem exactamente. Como são os electrões que determinam como um átomo interage com outro, no final é o número de prótons no núcleo que determina as propriedades químicas de um átomo.