מבנה האטום

הפילוסוף היווני דמוקריטוס הציע שכל דבר על פני כדור הארץ מורכב מחלקיקים זעירים הנקראים > אטומים< , ביוונית הפירוש הוא בלתי ניתן לחלוקה, שממנו נגזר המונח המודרני אטום. במאה ה-19, ג'ון דלטון הציע את התיאוריה האטומית שנכונה במידה רבה עד היום. הוא הציג חמש הנחות כדי להסביר כיצד אטומים הרכיבו את העולם סביבנו. (1) כל החומר מורכב מחלקיקים או אטומים קטנים לאין שיעור. (2) כל האטומים של יסוד נתון זהים זה לזה ו- (3) שונים מהאטומים של כל שאר היסודות. (4) שני יסודות או יותר יכולים לשלב ביחס קבוע ליצירת תרכובת. (5) לא ניתן ליצור או להרוס אטומים בתגובה כימית, אך הם יכולים להתארגן מחדש ליצירת חומרים חדשים.

דלטון צדק רק באופן חלקי לגבי החלקיקים המרכיבים את החומר. בעוד שלא ניתן לפרק אטומים עוד יותר על ידי תהליכים כימיים או פיזיקליים רגילים, הם מורכבים משלושה חלקיקים תת-אטומיים קטנים יותר. הרמז הראשון לגבי המבנה התת-אטומי הגיע כאשר ג'יי ג'יי תומסון גילה את האלקטרון. מדענים ידעו שהמטען הכולל של אטום הוא ניטרלי, אבל מודל עוגת הצימוקים של אטום תומסון סיפק מידע חדש לגבי קיומו של חלקיק בעל מטען שלילי, מה שמרמז על כך שנמצאו אלקטרונים משובצים באזור טעון חיובי. מאוחר יותר, ארנסט רתרפורד ביצע ניסוי שהראה שרוב מסת האטום מרוכזת בגרעין, שם הפרוטונים אחראים למטען חיובי של האטומים, והאלקטרונים הזעירים בעלי המטען השלילי מהווים את רוב החלל שמחוץ לגרעין. זה הפריך את מודל עוגת הצימוקים של תומסונס. בשנת 1932, ג'יימס צ'דוויק גילה שהנייטרון אחראי למסה הקיימת באטום.

לפי התיאוריה המקובלת כיום, פרוטונים נמצאים בגרעין של אטום, בעלי מטען חיובי ומסה של יחידת מסה אטומית אחת (AMU) כל אחד. מספר הפרוטונים שווה למספר האטומי בטבלה המחזורית וקובע את זהות היסודות. ניוטרונים נמצאים גם בגרעין. אין להם מטען אבל יש להם מסה זהה לפרוטונים, מה שתורם למסה האטומית של האטומים. אלקטרונים מקיפים את הגרעין בעננים. יש להם מטען שלילי ומסה זניחה, ולכן הם תורמים למטען הכולל של האטומים אך לא למסה שלו.