Атом складається з ядра та електронної оболонки.
Електронна оболонка атома – це сукупність елементарних частинок – електронів, кожній з яких властивий корпускулярно-хвильовий характер.
Електрон (позначаєтьсяe–) як частинка володіє масою спокою me = 9.1095·10-31 кг і несе негативний електричний заряд який дорівнює 1.6022·10-19 Кл. Абсолютне (тобто без урахування знака заряду) значення цього заряду є найменшим і називається елементарний заряд.
Атом у цілому не заряджений – електрично нейтральний.
Це обумовлено тим, що в кожному атомі кількість елементарних негативних зарядів в оболонці рівно числу елементарних позитивних зарядів в ядрі
Між позитивно зарядженим ядром атома і негативно зарядженими електронами його оболонки діють електростатичні (кулонівські) сили тяжіння, тобто в атомі проявляється єдність протилежностей – різних за знаком зарядів.
Геометричний розмір атома, умовно описуваний діаметром його електронної оболонки, має порядок 10-10 м, а діаметр атомного ядра – порядок 10-14 м, тобто за розміром ядро в 10000 разів менше, ніж атом.
Маса атома зосереджена в його ядрі
Наприклад, у найлегший атом Гідрогену (Протій) володіє масою 1.6726-27 кг; електрон легше ядра в 1836 разів.
Будову ядра атома можна з’ясувати ґрунтуючись на даних, отриманих при спостереженні за радіоактивним розпадом атомів важких елементів. В наслідок радіоактивного розпаду, утворюються атоми легких елементів, що свідчить про складному будову ядра, яке складаються з ще більш дрібних частинок – нуклонів.
Існує два види нуклонів: протон (позначаєтьсяp+ – має позитивний електричний заряд 1.6022·10-19 Кл, і володіє масою спокою mp= 1.6726·10-27 кг; нейтрон – (позначаєтьсяn0) – не має електричного заряду (електрично нейтральний) і володіє масою спокою mn = 1.6750·10-27 кг.
Маса атомних ядер елементів визначається числом протонів і нейтронів, а їх заряд – тільки числом електронів
Позитивний заряд протона і негативний заряд електрона збігаються за абсолютним значенням і рівні елементарному заряду. У нейтральному атомі кількість електронів завжди дорівнює числу протонів у ядрі. Таким чином, відомий заряд ядра визначає число електронів в оболонці нейтрального атома. Хімічні властивості елементів, в основному залежать від числа електронів, що містяться в найбільш віддаленій від ядра оболонці, тому загальний заряд ядра – найважливіша ознака індивідуальності хімічних елементів.
Всі атоми одного і того ж елемента мають однаковий заряд ядра, а атоми різних елементів – різний заряд їх ядер.
Атомні частинки – протони, нейтрони і електрони, називають елементарні частинки речовини. Однак, і елементарні частинки мають будову. Протони і нейтрони складаються з трьох більш дрібних, гіпотетичних матеріальних об’єктів – кварки (кварковая гіпотеза будови матеріальних частинок). Розвиток знань про елементарні частинка, свідчить про те, що пізнання матерії нескінченно, матерія невичерпна. В атомній фізиці відомо більш 350 суб’ядерних частинок – специфічних форм існування матерії, які не асоціюються в ядра і атоми.
Останнім часом широкого поширення набула так звана Теорія струн, яка поєднує в собі ідеї квантової механіки і теорії відносності. Теорія струн заснована на гіпотезі, що всі елементарні частинки та їхні фундаментальні взаємодії виникають в результаті коливань і взаємодій ультрамікроскопічних квантових струн масштаби яких дорівнюють порядку планковскої довжини 10-35 м.
Число нуклонів у ядрі атома елемента дорівнює відносній атомній масі елемента, округленої до цілого числа.
Кількість нейтронів в ядрі атома елемента дорівнює різниці числа нуклонів, і числа протонів (порядкового номера).
Приклад:
В атомі Гідрогену (Протій) немає нейтронів (Ar = 1; Z = 1). Атом Карбону містить 6 нейтронів (Ar = 12, Z = 6). Атом Флуору – 10 нейтронів (Ar = 19 Z = 9).
Повна маса атома приблизно дорівнює сумі мас усіх протонів, нейтронів і електронів, що входять до складу атома. Коли з протонів, нейтронів і електронів утворюється атом, частина їх маси перетворюється на енергію, яка виділяється в навколишнє середовище – виходить своєрідний дефект маси. Оскільки атом неможливо розділити на складові його елементарні частинки, не підводячи до нього ззовні енергію, яка еквівалентна зниклій масі ця енергія називається енергією зв’язку атомного ядра.
відносна маса протона: mp = 1.007276 а.о.м.
відносна маса нейтрона: mn = 1.008665 а.о.м.
відносна маса електрона me = 5.4849·10-4 а.о.м.
Знаючи точну атомну масу атома, кількість протонів, нейтронів і електронів, можна розрахувати значення дефекту маси атома.