Elementele sunt compuse din atomi, cea mai mică parte dintr-un element care poate intra în combinații cu atomii altor elemente. Un atom nu poate fi spart în subunități mai mici fără a-și pierde proprietățile elementare. Figura prezintă, folosind același model, atomii a trei elemente: hidrogenul ($\ce{H}$), carbonul ($\ce{C}$) și azotul ($\ce{N}$). Legenda arată simbolul fiecăreia dintre cele trei particule esențiale ale atomului. În fiecare desen, nucleul este grupul de particule din centru, iar electronii sunt așezați pe cercurile din jurul lui.

Particulele atomului

• Protonul (cerculețul cu semnul plus) este încărcat pozitiv, iar masa lui este de aproximativ 1835 de ori masa unui electron.
• Neutronul (cerculețul mic, fără niciun semn) nu este încărcat electric și are aceeași greutate ca protonul.
• Electronul (cerculețul cu semnul minus) este încărcat negativ și orbitează în jurul nucleului.

Protonii și neutronii (nucleari) aderă strâns pentru a forma nucleul dens, încărcat pozitiv, al atomului. Traseele pe care electronii se învârt în jurul nucleului se numesc straturi și sunt desenate în figură ca cercuri concentrice.

Cei trei atomi

Numărul atomic al unui element reprezintă numărul de protoni dintr-un atom, iar numărul de masă (masa atomică) este suma protonilor și neutronilor. Numărând particulele din desen, afli ambele valori pentru fiecare atom:

• Atomul de hidrogen are un singur proton în nucleu, fără neutroni, și un singur electron pe unicul său strat. Numărul atomic și numărul de masă sunt amândouă 1.
• Atomul de carbon are 6 protoni și 6 neutroni în nucleu, deci numărul atomic 6 și numărul de masă 12. Cei 6 electroni sunt distribuiți pe două straturi, 2 pe stratul intern și 4 pe cel extern.
• Atomul de azot are 7 protoni și 7 neutroni în nucleu, deci numărul atomic 7 și numărul de masă 14. Cei 7 electroni sunt distribuiți tot pe două straturi, 2 pe stratul intern și 5 pe cel extern.

Valorile 1, 12 și 14 sunt chiar masele atomice trecute pentru hidrogen, carbon și azot în Tabelul 2.1, de pe aceeași pagină. În fiecare atom desenat, numărul de electroni este egal cu numărul de protoni. În această stare, atomii sunt considerați neîncărcați (neutri).

Stratul extern și stabilitatea atomului

Distribuția electronilor este importantă pentru chimia atomului. Atomii sunt cel mai stabili atunci când pe stratul extern se află un număr complet de electroni: doi (pentru hidrogen și heliu) sau opt. Un element cu atomi ale căror straturi externe sunt complete este un element inert, deoarece nu intră în reacție cu alți atomi. Heliul, neonul și kryptonul sunt exemple de elemente inerte.

Niciunul dintre cei trei atomi din figură nu are stratul extern complet: hidrogenul are pe el un singur electron în loc de doi, carbonul are patru, iar azotul cinci, în loc de opt. Un atom tinde să primească sau să cedeze electroni până când stratul extern este complet și atomul devine stabil. O reacție care se soldează cu pierderea de electroni se numește oxidare, iar una care are ca rezultat primirea de electroni se numește reducere. Cele două au loc împreună și se numesc reacții de oxido-reducere.

Un atom care pierde sau primește electroni nu mai este neutru, ci se încarcă și devine ion. Ionul are sarcină pozitivă dacă are un proton în plus și sarcină negativă dacă are un electron în plus.

Izotopii

Numărul de protoni este același pentru toți atomii unui element, dar numărul de neutroni poate varia. Astfel de variante se numesc izotopi: au același număr atomic, dar masă atomică diferită. Izotopul de carbon $\ce{^{14}C}$, cu doi neutroni în plus față de atomul de carbon din figură, are tot numărul atomic 6, dar numărul de masă 14.

Ce urmează: legăturile chimice

Atomii se leagă în molecule prin legături chimice: se apropie până când straturile lor electronice se suprapun, apoi schimbă sau pun în comun electroni. În legătura ionică, electronii unui atom sunt cedați altui atom, iar ionii cu sarcini opuse care rezultă se atrag (Figura 2.2). În legătura covalentă, doi atomi pun în comun electroni, cum fac oxigenul și hidrogenul în molecula de apă, completându-și astfel straturile externe (Figura 2.3). Pentru că are doar patru electroni pe stratul extern, carbonul poate participa la o multitudine de legături covalente și se poate combina cu alți patru atomi sau grupuri de atomi.