1.2 อะตอม

     อะตอมเป็นหน่วยย่อยของเคมีภายในอะตอมประกอบด้วยโปรตอนนิวตรอนและอิเล็กตรอนซึ่งมีจำนวนที่แตกต่างกันในธาตุแต่ละชนิดทำให้ธาตุแต่ละชนิดมีมวลของอะตอมและสมบัติที่แตกต่างกันเช่นอะตอมของออกซิเจน (O) มี 8 โปรตอน 8 นิวตรอนและ 8 อิเล็กตรอนซึ่งมีสมบัติต่างจากอะตอมของฮีเลียม (He) ที่มี 2 โปรตอน 2 นิวตรอนและ 2 อิเล็กตรอนในธรรมชาติธาตุออกซิเจน (0) อยู่ในรูปโมเลกุลเป็นแก๊สที่เกิดปฏิกิริยาเคมีได้เช่นปฏิกิริยาการเผาไหม้ส่วนธาตุฮีเลียม (He) อยู่ในรูปอะตอมเป็นแก๊สที่ไม่เกิดปฏิกิริยาเคมีและแก๊สฮีเลียมเบากว่าแก๊สออกซิเจนเนื่องจากอะตอมและองค์ประกอบภายในอะตอมมีขนาดเล็กมากไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าจึงมีการใช้แบบจำลองอะตอมในการแสดงองค์ประกอบและตำแหน่งขององค์ประกอบในอะตอมแบบจำลองอะตอมได้รับการปรับปรุงเปลี่ยนแปลงสอดคล้องกับผลการทดลองของนักวิทยาศาสตร์ที่มีเพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ

แบบจำลองอะตอมที่นิยมนำมาใช้ในการอธิบายสมบัติทางเคมีของธาตุคือแบบจำลองอะตอมของโบร์ (Bohrs atomic model) ประกอบด้วยโปรตอน (proton, p) ที่มีประจุบวกและนิวตรอน (neutron, n) ไม่มีประจุรวมกันอยู่ในนิวเคลียสและอิเล็กตรอน (electron, e) มีประจุลบเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสเป็นวงซึ่งแต่ละวงมีระยะห่างจากนิวเคลียสและมีพลังงานต่างกันอิเล็กตรอนที่อยู่วงนอกสุดเรียกว่าเวเลนซ์อิเล็กตรอน (valence electron )

เนื่องจากอิเล็กตรอนมีขนาดเล็กและเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วตลอดเวลาทำให้ไม่สามารถบอกตำแหน่งที่แน่นอนของอิเล็กตรอนได้จึงมีการเสนอแบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก (electron cloud model of atom) ซึ่งแสดงโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนในลักษณะกลุ่มหมอกโดยบริเวณที่มีกลุ่มหมอกที่บเป็นบริเวณที่มีโอกาสพบอิเล็กตรอนได้มากกว่าบริเวณที่มีกลุ่มหมอกจาง

อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่อะตอมของธาตุต่างชนิดกันมีจำนวนโปรตอนไม่เท่ากันดังนั้นจึงใช้จำนวนโปรตอนระบุชนิดของธาตุได้เนื่องจากอะตอมเป็นกลางทางไฟฟ้าจึงมีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากับจำนวนโปรตอนส่วนจำนวนนิวตรอนของธาตุแต่ละชนิดอาจเท่าหรือไม่เท่ากับจำนวนโปรตอนตั้งตาราง 

เมื่ออะตอมของธาตุมีการให้หรือรับอิเล็กตรอนทำให้เกิดเป็นไอออนโดยไอออนบวกมีจํานวนอิเล็กตรอนน้อยกว่าโปรตอนและไอออนลบมีจำนวนอิเล็กตรอนมากกว่าโปรตอนตัวอย่างตั้งตาราง 

จากการสังเกตว่า อะตอมของธาตุแต่ละชนิดเกิดเป็นไอออนโดยที่จำนวนโปรตอนและนิวตรอนไม่เปลี่ยนแปลง

    เนื่องจากอะตอมของธาตุแต่ละชนิดมีจำนวนโปรตอนไม่เท่ากันดังนั้นการแสดงชนิดของธาตุด้วยสัญลักษณ์ธาตุทำให้ทราบจำนวนโปรตอนและจำนวนอิเล็กตรอนซึ่งมีจำนวนเท่ากัน แต่จะยังไม่ทราบจำนวนนิวตรอนถ้าต้องการทราบจำนวนนิวตรอนในอะตอมต้องพิจารณาจากสัญลักษณ์นิวเคลียร์ (nuclear symbol) ซึ่งนอกจากประกอบด้วยสัญลักษณ์ธาตุ (element Symbol) แล้วยังมีเลขอะตอม (atomic number) ที่แสดงจำนวนโปรตอนเขียนไว้ที่มุมล่างซ้ายของสัญลักษณ์ธาตุและเลขมวล (mass number) ที่แสดงผลรวมของจำนวนโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียสเขียนไว้ที่มุมบนซ้ายของสัญลักษณ์ธาตุเช่นธาตุฮีเลียม (He) มี 2 โปรตอนและ 2 นิวตรอนจึงมีเลขอะตอมเท่ากับ 2 และเลขมวลเท่ากับ 4 และมีสัญลักษณ์นิวเคลียร์เป็น He จากข้อมูลจำนวนโปรตอนและนิวตรอนในตาราง สามารถเขียนสัญลักษณ์นิวเคลียร์ของธาตุไนโตรเจน (N) และอาร์กอน (Ar) ได้ในทำนองเดียวกัน

เนื่องจากอะตอมของธาตุมีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากันดังนั้นจำนวนอิเล็กตรอนของอะตอมจึงเท่ากับเลขอะตอมในสัญลักษณ์นิวเคลียร์ด้วยนอกจากนี้ยังพบว่ามีธาตุชนิดเดียวกันที่มีเลขมวลต่างกันซึ่งเรียกว่าไอโซโทป (Isotopve) เช่นธาตุไฮโดรเจนมีเลขอะตอมเท่ากับ 1 มี 3 ไอโซโทปมีเลขมวลเท่ากับ 1 2 และ 3 ซึ่งมีสัญลักษณ์นิวเคลียร์เป็น 4H 11 และ 11 ตามลำดับหรืออาจเขียนย่อของไอโซโทปโดยแสดงเฉพาะสัญลักษณ์ของชาตุกับเลขมวลเช่น H เขียนได้เป็น H หรือ H-3

     ไอโซโทปของธาตุบางชนิดเสถียรสามารถแผ่รังสีได้เรียกว่าไอโซโทปกัมมันตรังสี radioactive isotope) ไอโซโทปกัมมันตรังสีบางชนิดนำมาใช้ประโยชน์ได้เช่นยูเรเนียม -235 (U-235) เป็นแหล่งพลังงานในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คาร์บอน -14 (C-14) ใช้หาอายุของซากสิ่งมีชีวิตโบราณไอโอดีน -131 (E131) ใช้ติดตามและรักษาความผิดปกติของต่อมไทรอยด์