Model atomowy

Większość materii składa się z aglomeracji cząsteczek, które można stosunkowo łatwo rozdzielić. Cząsteczki z kolei składają się z atomów połączonych wiązaniami chemicznymi, które są trudniejsze do przerwania. Każdy pojedynczy atom składa się z mniejszych cząsteczek – elektronów i jąder. Cząsteczki te są naładowane elektrycznie, a siły elektryczne na ładunkach są odpowiedzialne za utrzymywanie atomu razem. Próby rozdzielenia tych mniejszych cząstek składowych wymagają coraz większych ilości energii i prowadzą do powstania nowych cząstek subatomowych, z których wiele jest naładowanych.

Jak wspomniano we wstępie do tego artykułu, atom składa się w dużej mierze z pustej przestrzeni. Jądro jest dodatnio naładowanym centrum atomu i zawiera większość jego masy. Składa się ono z protonów, które mają ładunek dodatni, i neutronów, które nie mają ładunku. Protony, neutrony i otaczające je elektrony są długo żyjącymi cząstkami obecnymi we wszystkich zwykłych, naturalnie występujących atomach. Inne cząstki subatomowe mogą występować w połączeniu z tymi trzema typami cząstek. Mogą one jednak powstawać tylko przy dodaniu ogromnych ilości energii i są bardzo krótkotrwałe.

Wszystkie atomy są mniej więcej tej samej wielkości, niezależnie od tego, czy mają 3 czy 90 elektronów. Około 50 milionów atomów materii stałej ustawionych w rzędzie mierzyłoby 1 cm (0,4 cala). Wygodną jednostką długości do mierzenia rozmiarów atomów jest angstrem (Å), zdefiniowany jako 10-10 metrów. Promień atomu mierzy 1-2 Å. W porównaniu z ogólną wielkością atomu, jądro jest jeszcze bardziej maleńkie. Jest ono w takiej samej proporcji do atomu, jak marmur do boiska piłkarskiego. Pod względem objętości jądro zajmuje tylko 10-14 metrów przestrzeni atomu – czyli 1 część na 100 000. Wygodną jednostką długości do mierzenia rozmiarów jąder atomowych jest femtometr (fm), który odpowiada 10-15 metrom. Średnica jądra zależy od liczby zawartych w nim cząsteczek i waha się od około 4 fm dla lekkiego jądra, takiego jak węgiel, do 15 fm dla ciężkiego jądra, takiego jak ołów. Pomimo niewielkich rozmiarów jądra, skupia się w nim praktycznie cała masa atomu. Protony są masywnymi, dodatnio naładowanymi cząstkami, podczas gdy neutrony nie mają ładunku i są nieco masywniejsze od protonów. Fakt, że jądra mogą mieć od 1 do prawie 300 protonów i neutronów, powoduje, że ich masa jest bardzo zróżnicowana. Najlżejsze jądro, jądro wodoru, jest 1836 razy masywniejsze od elektronu, podczas gdy ciężkie jądra są prawie 500 000 razy masywniejsze.

Podstawowe właściwości

Najważniejszą cechą atomu jest jego liczba atomowa (zwykle oznaczana literą Z), która jest zdefiniowana jako liczba jednostek ładunku dodatniego (protonów) w jądrze. Na przykład, jeśli atom ma liczbę Z równą 6, to jest to węgiel, podczas gdy liczba Z równa 92 odpowiada uranowi. Atom obojętny ma równą liczbę protonów i elektronów, tak że ładunki dodatnie i ujemne równoważą się dokładnie. Ponieważ to elektrony decydują o tym, jak jeden atom oddziałuje z drugim, ostatecznie to liczba protonów w jądrze decyduje o właściwościach chemicznych atomu.