Încă din antichitate unii filozofi greci au emis ipoteza după care materia este formată din particule foarte mici, indivizibile, numite atomi ( în limba greacă însemnând indivizibil).
Teoria atomică a secolului al XIX lea este întărită prin ipoteza lui A.Avogadro (1811) care a permis măsurarea maselor moleculare şi atomice.
Dacă în secolul al XIX lea atomul era considerat indivizibil, indestructibil şi invariabil, astăzi s-a stabilit că atomii la rândul lor sunt formaţi din alte particule.
Atomul reprezintă cea mai mică particulă dintr-o substanţă simplă şi pură care poate exista şi poate fi studiată independent.
Fiecare atom este format dintr-un nucleu cu sarcină electrică pozitivă, înconjurat de unul sau mai mulţi electroni, aceste particule având sarcină electrică negativă.
Totalitatea electronilor ce înconjoară nucleul, având masă neglijabilă formează învelişul electronic.
Nucleul care concentrează aproximativ întreaga masă a atomului, este format din nucleoni.
Nucleonii sunt reprezentaţi de protoni şi neutroni.
Protonii :
• au masa aproximativ egală cu masa neutronilor – 1,67/ 1024 g.
• au sarcina electrică pozitivă (+1)
• au notaţia uzuală p+sau +11 p
• variază de la 1 la 109
• pentru acelaşi tip de atomi, constanta denumită număr atomic, notată cu Z, este egală cu numărul protonilor, reprezentând numǎrul total de electroni.
Neutronii :
• au masa aproximativ egală cu masa protonilor – 1,67/ 1024 g.
• au sarcina electrică neutră (0)
• au notaţia uzuală 10n
• diferă de la o specie chimică la alta, chiar şi la atomii aceleiaşi specii chimice
• numărul neuronilor se notează cu n
În întreg, atomul este neutru deoarece conţine cantităţi egale de sarcină electrică pozitivă şi negativă.
Suma dintre numărul de protoni şi numărul de neutroni din nucleu se numeşte număr de masă (A).
A = Z + n
Pentru orice specie de atomi, numărul de masă A este un număr întreg, deoarece se obţine prin adunarea a două numere întregi.
Structura atomului şi procesele care au loc în interiorul lui îi determină proprietăţile fizice şi chimice.
Prin unirea unor atomi identici sau diferiţi se formează particule mai mari, complexe numite molecule. Deci, atomul reprezintă o anumită treaptă în seria formelor tot mai complexe ale materiei.
Toţi atomii unui element sunt identici între ei, adică toţi au aceeaşi mărime, proprietăţi oricare ar fi compoziţia şi proprietăţile substanţei din moleculele cărora fac parte . De exemplu, atomii de hidrogen sunt identici chiar dacă fac parte din moleculele unor substanţe atât de diferite cum ar fi : apa, amoniacul, acidul sulfuric, hidrogenul liber, etc.
Atomii sunt în continuă mişcare, ei se pot desface din moleculele în care se găsesc şi apoi se pot regrupa altfel, formând molecule noi.
Deoarece atomii sunt cele mai mici particule ale elementelor ce pot forma combinaţii chimice se poate spune că ei reprezintă limita divizibilităţii chimice a materiei.
Atomii aceluiaşi element care ocupă toţi acelaşi loc în tabelul periodic al elementelor, dar au mase atomice diferite se numesc izotopi ( în greceşte isos = acelaşi, topos = loc).
Izotopii au aceleaşi proprietăţi chimice, dar proprietăţile lor fizice diferă uneori destul de mult.
Atomii din molecule pot fi legaţi sau conectaţi în mai multe moduri, dar de fiecare dată implică un schimb de electroni sau punerea lor în comun. Cele două tipuri simple de legături chimice sunt legătura covalentă şi ionică.
În legătura covalentă atomii pun în comun electronii. În molecula de hidrogen, cei doi atomi de hidrogen sunt legaţi printro legătură covalentă. Cei doi electroni aparţinând celor doi atomi de hidrogen se învârt în jurul ambelor nuclee, şi astfel stau împreună.
La legătura ionică un atom cedează unul sau mai mulţi electroni la atomul pereche, iar legătura între ele se datorează forţei de atracţie electrostatice. În mod normal numărul protonilor pozitivi dintr-un atom coincide cu numărul electronilor negativi. Aceste sarcini de mărimi egale dar de sens contrar se anulează reciproc, astfel global atomul nu are sarcină electrică. Dacă însă atomul pierde electroni, atunci sarcina pozitivă va fi preponderentă, iar atomul care a primit electroni va fi de sarcină negativă. Aceşti atomi, care prezintă o sarcină globală pozitivă sau negativă, se numesc ioni. Ionii cu sarcini de sens opus se atrag, şi tocmai această forţă de atracţie menţine legătura între atomi. Molecula din sarea de bucătărie se formează printr-o asemenea legătură ionică: un atom de sodiu cedează un electron unui atom de clor.
Atomii unui element oarecare au întotdeauna acelaşi număr de protoni. Numărul neutronilor însă poate să fie diferit. De exemplu, în carbonul natural numărul neutronilor din nucleu este în general şase, dar într-un procentaj de aproximativ unu la sută acest număr este şapte. Aceşti atomi diferiţi ai aceluiaşi element nu diferă în caracterul lor chimic: fiecare formează aceleaşi compoziţii cu diferitele materiale, dar diferă în caracteristicile lor fizice, de exemplu, îngheaţă sau încep fierberea la temperaturi diferite.
De îndată ce James Chadwick a descoperit neutronul în 1932, s-a crezut că se cunoaşte perfect structura atomului. De atunci însă, cercetătorii care au realizat experimente cu ajutorul acceleratoarelor de particule, au descoperit încă peste o sută de particule diferite în atom, iar fiecare descoperire nouă a ridicat şi mai multe întrebări. Din fericire, pentru explicarea comportamentului materiei, în marea majoritate a cazurilor, este de ajuns şi acest model mai simplu.