Tekst źródłowy strony Atom

{{wyróżnienie|AnM}}
{{Inne znaczenia|składnika materii}}
[[Plik:Helium atom QMuniv.svg|thumb|Atom [[hel (pierwiastek)|helu]] w [[stan kwantowy|stanie]] podstawowym. Zaczernione pole reprezentuje chmurę elektronową. Stopień zaciemnienia określa prawdopodobieństwo „spotkania” w danym miejscu [[elektron]]u<ref group=uwaga>Kolor danego punktu jest obliczony jako całka z funkcji rozkładu prawdopodobieństwa dla orbitalu elektronowego 1s po elemencie objętości odpowiadającej linii patrzenia związanej z danym pikselem obrazu.</ref>. Powiększenie ukazuje schematyczny obraz [[jądro atomowe|jądra atomowego]], [[proton]] reprezentuje chmurka czerwona, a [[neutron]] niebieska<ref group=uwaga>W rzeczywistości jądro oraz funkcje falowe każdego z nukleonów są sferycznie symetryczne. Dla bardziej złożonych atomów taka symetria nie występuje.</ref>. Jądro ma rozmiary rzędu 1 [[femtometr|fm]] – ok. 100 000 razy mniej od rozmiarów chmury elektronowej.]]
'''Atom''' – podstawowy składnik [[materia (fizyka)|materii]]. Składa się z małego dodatnio naładowanego [[jądro atomowe|jądra]] o dużej [[gęstość|gęstości]] i otaczającej go [[chmura elektronowa|chmury elektronowej]] o ujemnym [[ładunek elektryczny|ładunku elektrycznym]]<ref name=":0" group="uwaga">Jest to norma w zwyczajnych atomach, natomiast niekiedy w [[Atom egzotyczny|hiperatomach]] sytuacja może być inna </ref>.

Słowo ''atom'' pochodzi z [[język grecki|greckiego]] {{grc|ἄτομος}} – ''átomos'' (od α-, „nie-” + τέμνω – ''temno'', „ciąć”<ref name=liddell_scott_to_cut>{{Cytuj stronę |url = http://www.perseus.tufts.edu/hopper/text?doc=Perseus%3Atext%3A1999.04.0057%3Aentry%3Dte%2Fmnw1 |tytuł = A Greek-English Lexicon |autor = Liddell, Henry George; Scott, Robert |opublikowany = Perseus Digital Library}}</ref>), oznaczającego coś, czego nie da się przeciąć ani podzielić<ref name=liddell_scott_uncuttable>{{Cytuj stronę |url = http://www.perseus.tufts.edu/hopper/text?doc=Perseus%3Atext%3A1999.04.0057%3Aentry%3Da%29%2Ftomos |tytuł = ἄτομος |autor = Liddell, Henry George; Scott, Robert |praca = A Greek-English Lexicon |opublikowany = Perseus Digital Library |data dostępu = 2010-06-21}}</ref>. Idea istnienia niepodzielnych składników materii pojawiła się już w pismach starożytnych [[Filozofia indyjska|filozofów indyjskich]] i [[Filozofia starożytna|greckich]]. W XVII i XVIII wieku chemicy potwierdzili te przypuszczenia, identyfikując pierwiastki chemiczne i pokazując, że reagują one ze sobą w ściśle określonych proporcjach. W XIX wieku odkryto [[ruchy Browna]], będące pośrednim dowodem ziarnistości materii. Na początku XX wieku fizycy zbadali wewnętrzną strukturę atomów, pokazując tym samym, że są one podzielne. Teorie [[mechanika kwantowa|mechaniki kwantowej]] pozwoliły stworzyć matematyczne modele wnętrza atomu<ref name=haubold_mathai1998>{{Cytuj stronę |url = http://neutrino.aquaphoenix.com/un-esa/universe/universe-chapter3.html |tytuł = Microcosmos: From Leucippus to Yukawa |nazwisko = Haubold |imię = Hans |rok = 1998 |praca = Structure of the Universe |data dostępu = 2008-01-17}}</ref><ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Harrison |imię = Edward Robert |tytuł = Masks of the Universe: Changing Ideas on the Nature of the Cosmos |wydawca = Cambridge University Press |rok = 2003 |isbn = 0521773512 |oclc = 50441595}}</ref>.

Atomy mają rozmiary rzędu 10<sup>−10</sup> m i masę rzędu 10<sup>−26</sup> – 10<sup>−25</sup> kg. Można je obserwować przez [[skaningowy mikroskop tunelowy]]. Ponad 99,9% masy atomu jest zawarte w jego jądrze. Jądro atomowe zbudowane jest z [[nukleony|nukleonów]]: [[proton]]ów o [[ładunek elektryczny|dodatnim ładunku elektrycznym]] i elektrycznie obojętnych [[neutron]]ów<ref name=":0" group="uwaga" />. Chmurę elektronową tworzą [[elektron]]y związane z jądrem przez [[oddziaływanie elektromagnetyczne]]<ref name=":0" group="uwaga" />. Podobne oddziaływanie pozwala atomom łączyć się w [[cząsteczka|cząsteczki]]. Atom jest elektrycznie obojętny, gdy liczba elektronów jest równa liczbie protonów. W przeciwnym przypadku ma ładunek i nazywany jest [[jon]]em.

Główne właściwości chemiczne atomów określa liczba protonów w jądrze ([[liczba atomowa]]), gdyż determinuje ona strukturę chmury elektronowej oraz liczbę elektronów koniecznych do tego, aby atom był elektrycznie obojętny. Elektrony związane w atomach rozłożone są na [[powłoka elektronowa|powłokach]], między którymi mogą przechodzić emitując bądź absorbując [[foton]]y o określonej [[kwant energii|energii]]. Struktura chmury elektronowej wpływa na chemiczne właściwości atomów i większość ich właściwości [[magnetyzm|magnetycznych]]. Zbiory atomów o tej samej liczbie atomowej stanowią [[pierwiastek chemiczny|pierwiastki chemiczne]]. Atomy mające tę samą liczbę protonów, ale różniące się liczbą neutronów w jądrze to [[izotopy]]<ref name=leigh1990>{{Cytuj książkę |tytuł = International Union of Pure and Applied Chemistry, Commission on the Nomenclature of Inorganic Chemistry, ''Nomenclature of Organic Chemistry'' – Recommendations 1990 |wydawca = Blackwell Scientific Publications |miejsce = Oxford |rok = 1990 |strony = 35 |isbn = 0-08-022369-9}}</ref>. Suma protonów i neutronów w jądrze atomu określana jest jako [[liczba masowa]].

Wszystkie pierwiastki mają niestabilne izotopy. Ich jądra ulegają spontanicznemu rozpadowi, co zazwyczaj prowadzi do powstania atomów innych pierwiastków. Rozpadowi temu towarzyszy emisja [[Promieniowanie jonizujące|promieniowania jonizującego]]. Zjawisko to jest nazywane naturalną [[radioaktywność|radioaktywnością]]<ref name=slac_20090615>{{Cytuj stronę |url = http://www2.slac.stanford.edu/vvc/theory/nuclearstability.html |tytuł = Radioactive Decays |data = 2009-06-15 |opublikowany = [[Stanford Linear Accelerator Center]] |data dostępu = 2009-07-04}}</ref>.

== Historia ==
=== Atomizm ===
{{Osobny artykuł|Atomizm}}
Pomysł, że materia składa się z mikroskopijnych składników, których nie da się w nieskończoność dzielić na mniejsze części, był znany już w starożytności. Nie opierał się jednak na żadnych danych empirycznych, a jedynie stanowił jedną z [[filozofia|filozoficznych]] koncepcji natury rzeczywistości. Cechy tych mikroskopijnych składników były odmiennie opisywane przez różne szkoły filozoficzne, często uwzględniając ich [[Duch (filozofia)|duchowe]] właściwości. Istnienie atomów zostało powszechnie zaakceptowane w XVIII wieku, gdy okazało się, że pozwala w elegancki sposób opisać prawa chemii<ref name=Ponomarev>{{Cytuj książkę |nazwisko = Ponomarev |imię = Leonid Ivanovich |tytuł = The Quantum Dice |wydawca = CRC Press |rok = 1993 |isbn = 0750302518 |oclc = 26853108}}</ref>.

Najstarsze odniesienia do atomów można znaleźć w pismach poświęconych [[dźinizm]]owi napisanych w [[VI wiek p.n.e.|VI wieku p.n.e.]] w [[Historia Indii|Indiach]]<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Gangopadhyaya |imię = Mrinalkanti |tytuł = Indian Atomism: History and Sources |wydawca = Humanities Press |miejsce = Atlantic Highlands, New Jersey |rok = 1981 |isbn = 0-391-02177-X |oclc = 10916778}}</ref><ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Iannone |imię = A. Pablo |tytuł = Dictionary of World Philosophy |url = https://archive.org/details/dictionaryworldp00iann |wydawca = Routledge |rok = 2001 |isbn = 0415179955 |oclc = 44541769 |strony = [https://archive.org/details/dictionaryworldp00iann/page/n80 62]}}</ref>. Szkoły filozoficzne [[Njaja]] i [[Waiśeszika]] opracowały zawiłe teorie, opisujące łączenie się atomów w bardziej złożone obiekty<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Teresi |imię = Dick |tytuł = Lost Discoveries: The Ancient Roots of Modern Science |url = http://books.google.com/?id=pheL_ubbXD0C&dq |wydawca = Simon & Schuster |rok = 2003 |strony = 213–214 |isbn = 074324379X}}</ref>. W cywilizacji zachodniej odniesienia do atomów pojawiły się około sto lat później w pismach [[Leukippos]]a i zostały usystematyzowane przez jego ucznia [[Demokryt]]a. Około 450 roku p.n.e. Demokryt wprowadził słowo ''átomos'' (''niepodzielny''). W latach 50 p.n.e. [[Lukrecjusz]] twierdził, iż świat składa się jedynie z atomów i pustki<ref>[https://www.theguardian.com/commentisfree/belief/2013/jan/28/lucretius-all-things-atoms Lucretius, part 2: all things are made of atoms, autorstwa Emmy Woolerton].</ref>. Choć te koncepcje były czysto filozoficzne, współczesna nauka zaadaptowała tę nazwę<ref name=Ponomarev />.

W XIII wieku w [[alchemia|alchemii]] pojawiła się koncepcja ''korpuskularyzmu''. Za jej autora uważa się alchemika podpisującego się [[Pseudo-Geber|Geber]]<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Moran |imię = Bruce T. |tytuł = Distilling Knowledge: Alchemy, Chemistry, and the Scientific Revolution |url = https://archive.org/details/distillingknowle00mora_557 |wydawca = Harvard University Press |rok = 2005 |isbn = 0674014952 |strony = [https://archive.org/details/distillingknowle00mora_557/page/n156 146]}}</ref>. Według tej koncepcji wszystkie fizyczne obiekty posiadają wewnętrzną i zewnętrzną warstwę z mikroskopijnych cząstek<ref name="Levere" >{{Cytuj książkę |nazwisko = Levere |imię = Trevor, H. |tytuł = Transforming Matter – A History of Chemistry for Alchemy to the Buckyball |wydawca = The Johns Hopkins University Press |rok = 2001 |isbn = 0-8018-6610-3}}</ref>. Przypominało to teorię atomizmu, z wyjątkiem odrzucenia koncepcji, że te cząsteczki są niepodzielne. Przykładowo spekulowano, że [[rtęć]] może wnikać do wnętrza metali i zmieniać ich wewnętrzną strukturę, co miało umożliwić wytwarzanie [[złoto|złota]]<ref name=pratt20070928>{{Cytuj stronę |url = http://www.lancaster.ac.uk/users/philosophy/awaymave/406/d06bl2_1mechanical.htm |tytuł = The Mechanical Philosophy |nazwisko = Pratt |imię = Vernon |data = 2007-09-28 |praca = Reason, nature and the human being in the West |data dostępu = 2009-06-28}}</ref>. Koncepcja ta zdominowała alchemię na następnych kilkaset lat.

W 1624 poglądy atomistyczne odnowił [[Pierre Gassendi]] w dziele ''Exercitationes paradoxicae adversus Aristoteleos''.

W 1661 roku [[Robert Boyle]] opublikował traktat ''The Sceptical Chymist'', w którym przekonywał, że materia zbudowana jest z kombinacji wielu różnych ''korpuskuł'' zamiast z [[Żywioły|klasycznych czterech żywiołów]] (powietrza, ziemi, wody i ognia)<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Siegfried |imię = Robert |tytuł = From Elements to Atoms: A History of Chemical Composition |url = https://archive.org/details/fromelementstoat00sieg |wydawca = DIANE |rok = 2002 |isbn = 0871699249 |oclc = 186607849 |strony = [https://archive.org/details/fromelementstoat00sieg/page/42 42]–55}}</ref>. Koncepcji tej użył dziesięć lat później [[Isaac Newton|Izaak Newton]] do opracowania korpuskularnej teorii światła<ref name="Levere" /><ref name=kemerling20020808>{{Cytuj stronę |url = http://www.philosophypages.com/dy/c9.htm |tytuł = Corpuscularianism |nazwisko = Kemerling |imię = Garth |data = 2002-08-08 |praca = Philosophical Dictionary |data dostępu = 2009-06-17}}</ref>.

W 1758 atomizm był postulowany również przez [[Ruđer Josip Bošković|Rogera Boscovicha]]<ref>{{Cytuj |autor = Andrzej Łukasik |tytuł = Ruđer Josip Bošković i atomizm. Teoria pośrednia między mechaniką Newtona a monadologią Leibniza |url = http://wrh.edu.pl/wp-content/uploads/2017/07/09_a_lukasik_2009.pdf |czasopismo = [[Wschodni Rocznik Humanistyczny]] |wolumin = VI |s = 147–158 |data = 2009 |wydawca = Towarzystwo Nauki i Kultury „Libra” |miejsce = Radzyń Podlaski |issn = 1731-982X |data dostępu = 2018-09-11}}</ref><ref>[http://www.eoht.info/page/Roger+Boscovich Roger Boscovich].</ref>.

=== Początki naukowej teorii atomu ===
[[Plik:Daltons symbols.gif|thumb|Różne atomy i cząsteczki w traktacie [[John Dalton|Johna Daltona]] ''A New System of Chemical Philosophy'' (1808) – jednej z najstarszych prac naukowych poświęconych atomom<ref name="Dalton" />]]
[[Jakob Hermann]] w 1716 roku w dziele ''Phoronomia'' opisał gaz jako składający się z cząsteczek poruszających się z różnymi prędkościami. Powiązał on ciepło gazu z kwadratem średniej prędkości jego cząsteczek<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www-history.mcs.st-and.ac.uk/Biographies/Hermann.html |tytuł = Hermann biography |nazwisko = |imię = |opublikowany = |data = |data dostępu = 2016-09-10}}</ref>. [[Daniel Bernoulli]] w 1738 roku opublikował ''[[Hydrodynamica]]'', w której m.in. wyłożył podstawy [[kinetyczno-molekularna teoria gazów|kinetyczno-molekularnej teorii gazów]]. Wyjaśnił on transportowanie ciepła przez gazy oraz istnienie ciśnienia gazu poprzez oddziaływanie jego cząsteczek z otoczeniem<ref>[http://www.bookrags.com/biography/daniel-bernoulli-wsd/#gsc.tab=0 World of Scientific Discovery on Daniel Bernoulli].</ref><ref>{{Cytuj |autor = L.I Ponomarev; I.V Kurchatov |data = 1993 |tytuł = The Quantum Dice |wydawca = CRC Press |isbn = 978-0-7503-0251-7 |s = 36–37}}</ref>.

Wraz z przekształcaniem się [[chemia|chemii]] w [[nauki ścisłe|naukę ścisłą]] nastąpił dalszy rozwój teorii atomów. W 1789 roku [[Antoine Lavoisier]] odkrył [[prawo zachowania masy]] i zdefiniował [[pierwiastek chemiczny]] jako podstawową substancję, która nie może już być rozdzielona metodami chemicznymi<ref name=lavoisier_eoc>{{Cytuj stronę |url = http://web.lemoyne.edu/~GIUNTA/EA/LAVPREFann.HTML |tytuł = Lavoisier’s Elements of Chemistry |data = |praca = Elements and Atoms |opublikowany = Le Moyne College, Department of Chemistry |data dostępu = 2007-12-18}}</ref>. W 1803 roku [[John Dalton]] skorzystał z koncepcji atomów do wytłumaczenia, czemu pierwiastki wchodzą w reakcje w stosunkach ilościowych dających się przedstawić w postaci niewielkich [[Liczby naturalne|liczb naturalnych]] ([[prawo stosunków wielokrotnych]]) i czemu jedne gazy łatwiej się rozpuszczają w wodzie niż inne. Postulował, że każdy pierwiastek składa się z atomów jednego, unikalnego typu i że te atomy mogą się łączyć, tworząc związki chemiczne<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Wurtz |imię = Charles Adolphe |tytuł = The Atomic Theory |url = https://archive.org/details/atomictheory02wurtgoog |wydawca = D. Appleton and company |miejsce = New York |rok = 1881 |isbn = 055943636X |strony = [https://archive.org/details/atomictheory02wurtgoog/page/n16 1]–2}}</ref><ref name="Dalton">{{Cytuj książkę |nazwisko = Dalton |imię = J. |autor link = John Dalton |tytuł = A New System of Chemical Philosophy, Part 1 |wydawca = S. Russell |miejsce = London and Manchester |rok = 1808}}</ref>. Postawienie tych [[hipoteza|hipotez]] uczyniło Daltona twórcą współczesnej teorii atomów<ref name=patterson1970>{{Cytuj książkę |nazwisko = Patterson |imię = Elizabeth C. |tytuł = John Dalton and the Atomic Theory |wydawca = Anchor |miejsce = Garden City, New York |rok = 1970}}</ref><ref name=stern20050516 />.

Fakty doświadczalne mające w przyszłości stanowić dodatkowe potwierdzenie teorii atomów pojawiły się w 1827 roku, gdy [[botanika|botanik]] [[Robert Brown (botanik)|Robert Brown]] odkrył zjawisko spontanicznego chaotycznego ruchu [[pyłek|pyłków kwiatowych]] zawieszonych w wodzie. Zjawisko to zostało potem nazwane [[ruchy Browna|ruchami Browna]]. Jego wyjaśnienie przez termiczne ruchy cząsteczek wody zasugerował w 1877 roku Joseph Delsaulx<ref>{{cytuj |autor = Joseph Delsaulx |tytuł = Thermo-dynamic Origin of the Brownian Motions |czasopismo = The Monthly Microscopical Journal |data = 1877-07 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 18 |numer = 1 |s = 1–7 |doi = 10.1111/j.1365-2818.1877.tb00093.x |język = en |dostęp = z}}</ref><ref name="Ebeling">{{otwarty dostęp}} {{cytuj |autor = Werner Ebeling, Igor M. Sokolov |tytuł = Statistical Thermodynamics and Stochastic Theory of Nonequilibrium Systems |wydawca = World Scientific Publishing |miejsce = New Jersey |data = 2005 |seria = Series of Advanced in Statistical Mechanics, wol. 8 |s = 13–15 |isbn = 981-02-1382-4 |rozdział = [https://www.worldscientific.com/doi/suppl/10.1142/2012/suppl_file/2012_chap01.pdf Introduction]}}</ref>, a w 1905 roku [[Albert Einstein]] przedstawił jego pełną matematyczną analizę<ref name=adp322_8_549>{{cytuj |autor = A. Einstein |tytuł = Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen |czasopismo = Annalen der Physik |data = 1905 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 322 |numer = 8 |s = 549–560 |doi = 10.1002/andp.19053220806 |język = de |dostęp = o}}</ref><ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Mazo |imię = Robert M. |tytuł = Brownian Motion: Fluctuations, Dynamics, and Applications |url = https://archive.org/details/brownianmotion00mazo |wydawca = Oxford University Press |rok = 2002 |isbn = 0198515677 |oclc = 48753074 |strony = [https://archive.org/details/brownianmotion00mazo/page/n11 1]–7}}</ref><ref name=lee_hoon1995>{{Cytuj stronę |url = http://www.doc.ic.ac.uk/~nd/surprise_95/journal/vol4/ykl/report.html |tytuł = Brownian Motion |nazwisko = Lee |imię = Y.K. |autor2 = Hoon, K |rok = 1995 |opublikowany = [[Imperial College London|Imperial College]] |archiwum = https://web.archive.org/web/20181110234210/http://www.doc.ic.ac.uk/~nd/surprise_95/journal/vol4/ykl/report.html |zarchiwizowano = 2018-11-10 |data dostępu = 2007-12-18}}</ref>. Fundamentalny wkład do teorii ruchów Browna wniósł w latach 1906–1917 [[Marian Smoluchowski]] (tworząc przy okazji nową gałąź [[Mechanika statystyczna|fizyki statystycznej]] określanej obecnie jako ''[[Proces stochastyczny|procesy stochastyczne]]'')<ref name="Ebeling" /><ref name="Einstein">{{cytuj |autor = Albert Einstein |tytuł = Marian v. Smoluchowski |czasopismo = Die Naturwissenschaften |data = 1917-12 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 5 |numer = 50 |s = 737–738 |doi = 10.1007/BF02448010 |język = de}}</ref>. Analiza Einsteina została potwierdzona eksperymentalnie po raz pierwszy już w 1906 roku przez [[Theodor Svedberg|Theodora Svedberga]]<ref name="Ebeling" />, a [[Jean Baptiste Perrin]] wykorzystał teoretyczne prace Einsteina i Smoluchowskiego do eksperymentalnego wyznaczenia mas i „[[Promień van der Waalsa|rozmiarów]]” atomów (1908) potwierdzając ostatecznie teorię Daltona<ref name="Ebeling" /><ref name="Perrin">{{cytuj książkę |autor = Jean Baptiste Perrin |tytuł = Notice sur les travaux scientifiques de Jean Perrin |url = http://www.academie-sciences.fr/pdf/dossiers/Perrin/Perrin_pdf/Perrin_oeuvre.pdf |miejsce = Tuluza |data = 1923 |data dostępu = 2011-08-05}}</ref><ref name=e31_2_50>{{cytuj |autor = Gary Patterson |tytuł = Jean Perrin and the triumph of the atomic doctrine |czasopismo = Endeavour |data = 2007-06 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 31 |numer = 2 |s = 50–53 |doi = 10.1016/j.endeavour.2007.05.003 |pmid = 17602746}}</ref><ref>{{Cytuj stronę |url = http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1906/thomson-bio.html |tytuł = J.J. Thomson |rok = 1906 |opublikowany = Fundacja Noblowska |data dostępu = 2007-12-20}}</ref>.

[[Plik:Mendeleev's 1869 periodic table.png|thumb|Pierwszy [[układ okresowy pierwiastków]] [[Dmitrij Mendelejew|Mendelejewa]] (1869)]]
W 1869 [[Dmitrij Mendelejew]] opublikował swój [[układ okresowy pierwiastków]]<ref name=pte20071101>{{Cytuj stronę |url = http://old.iupac.org/reports/periodic_table/ |tytuł = Periodic Table of the Elements |data = 2007-11-01 |opublikowany = The International Union of Pure and Applied Chemistry |data dostępu = 2010-05-14}}</ref>. Układ przedstawiał wizualnie [[Prawo okresowości Mendelejewa|prawo okresowości]] głoszące, że [[Właściwość chemiczna|właściwości chemiczne]] pierwiastków powtarzają się okresowo, gdy uporządkuje się te pierwiastki zgodnie z ich [[masa atomowa|masami atomowymi]]<ref name=Scerri />.

=== Wewnętrzna struktura i teoria kwantowa ===
W 1897 roku [[Joseph John Thomson|J.J. Thomson]], badając [[elektron|promienie katodowe]], odkrył [[elektron]]y i doszedł do wniosku, że znajdują się one w każdym atomie. Tym samym obalił tezę, że atomy są ostatecznymi, niepodzielnymi elementami materii<ref name=nobel1096>{{Cytuj stronę |url = http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1906/thomson-bio.html |tytuł = Biografia J.J. Thomsona |rok = 1906 |opublikowany = Fundacja Noblowska |język = en |data dostępu = 2010-10-03}}</ref>. Stworzył [[model atomu Thomsona|pierwszy model struktury atomu]], w którym ujemnie naładowane elektrony unoszą się w jednorodnej, dodatnio naładowanej kuli. Model ten obalili w 1909 roku [[Hans Geiger]], [[Ernest Marsden]] i [[Ernest Rutherford]], gdy [[Dziesięć najpiękniejszych eksperymentów z fizyki#Eksperyment Rutherforda (rok 1911) – odkrycie jądra atomowego|bombardując złotą folię cząstkami alfa]] odkryli, że niewielka część cząstek alfa jest odbijana, co było sprzeczne z przewidywaniami w modelu Thomsona. Na podstawie tych wyników Rutherford stworzył [[Model atomu Rutherforda|nowy model atomu]], w którym dodatni ładunek i większość masy atomu są skupione w niewielkim jądrze w jego centrum, a ujemnie naładowane elektrony krążą wokół jądra<ref name=pm21_669>{{cytuj |autor = E. Rutherford |tytuł = The scattering of α and β particles by matter and the structure of the atom |czasopismo = The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science |data = 1911-05 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 21 |numer = 125 |s = 669–688 |doi = 10.1080/14786440508637080 |język = en |dostęp = z}}</ref>.

W 1913 roku [[Frederick Soddy]], badając produkty [[radioaktywność|rozpadu promieniotwórczego]], odkrył, że atomy każdego pierwiastka mogą występować w kilku odmianach różniących się nieco masą atomową<ref name=npc1921>{{Cytuj stronę |url = http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1921/soddy-bio.html |tytuł = Biografia Fredericka Soddy’ego |opublikowany = Fundacja Noblowska |język = en |data dostępu = 2010-10-03}}</ref>. Określenie [[izotopy|izotop]] (z gr. ''isos topos'' – „w tym samym miejscu”) zasugerowała mu szkocka pisarka i lekarz, [[Margaret Todd (szkocka pisarka)|Margaret Todd]] (1859–1918)<ref>{{cytuj |autor = Miriam C. Nagel |tytuł = Frederick Soddy: From alchemy to isotopes |czasopismo = Journal of Chemical Education |data = 1982-09 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 59 |numer = 9 |s = 739 |doi = 10.1021/ed059p739 |język = en |dostęp = z}}</ref>. J.J. Thomson opracował technikę segregowania atomów ze względu na ich stosunek masy do ładunku w [[jonizacja|zjonizowanych gazach]], co umożliwiło odkrycie [[Wikipedia:Skarbnica Wikipedii/Izotopy stabilne|stabilnych izotopów]]<ref name=prsA_89_1_1913>{{cytuj |tytuł = Bakerian Lecture: – Rays of positive electricity |czasopismo = Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character |data = 1913-08 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 89 |numer = 607 |s = 1–20 |doi = 10.1098/rspa.1913.0057 |język = en |dostęp = o}}</ref>.

[[Plik:Bohr Model.svg|thumb|[[Model atomu Bohra|Model Bohra]] atomu wodoru, pokazujący przeskok elektronu między orbitami i emisję fotonu o określonej energii]]
Jednocześnie w 1913 roku fizyk [[Niels Bohr]] zaproponował wyjaśnienie występowania [[linie spektralne|linii spektralnych]] w [[Widmo (spektroskopia)|widmach emisyjnych]] pierwiastków przez wprowadzenie hipotezy istnienia zestawu dopuszczalnych orbit, na których mogą krążyć elektrony wokół jądra atomowego<ref name=stern20050516>{{Cytuj stronę |url = https://www-spof.gsfc.nasa.gov/stargaze/Q5.htm |tytuł = The Atomic Nucleus and Bohr’s Early Model of the Atom |nazwisko = Stern |imię = David P. |data = 2005-05-16 |opublikowany = [[NASA]]/[[Centrum Lotów Kosmicznych imienia Roberta H. Goddarda|Goddard Space Flight Center]] |data dostępu = 2010-10-03}}</ref>. W [[Model atomu Bohra|jego modelu]] każdy elektron musiał zaabsorbować lub wyemitować foton o określonej energii, żeby przeskoczyć między orbitami<ref name=bohr19221211>{{Cytuj stronę |url = https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/bohr-lecture.pdf |tytuł = Nobel Lecture: The Structure of the Atom |nazwisko = Bohr |imię = Neils |data = 1922-12-11 |opublikowany = Fundacja Noblowska |data dostępu = 2010-10-03}}</ref>.

Korzystając z tego modelu, [[Gilbert Lewis|Gilbert Newton Lewis]] zaproponował w 1916 roku wyjaśnienie istoty [[wiązanie chemiczne|wiązań chemicznych]] jako wymianę i współdzielenie elektronów na najwyższych orbitach atomowych<ref name=jacs38_4_762>{{cytuj |autor = Gilbert N. Lewis |tytuł = The Atom and the Molecule |czasopismo = Journal of the American Chemical Society |data = 1916-04 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 38 |numer = 4 |s = 762–785 |doi = 10.1021/ja02261a002 |język = en |dostęp = z}}</ref>. W 1919 roku [[Irving Langmuir]] zaproponował wytłumaczenie okresowości właściwości pierwiastków jako efekt grupowania się elektronów na pewnych orbitach tworzących [[powłoka elektronowa|powłoki elektronowe]]<ref name=Scerri>{{Cytuj książkę |nazwisko = Scerri |imię = Eric R. |tytuł = The periodic table: its story and its significance |url = https://archive.org/details/periodictableits00scer |wydawca = Oxford University Press US |rok = 2007 |isbn = 0195305736 |strony = [https://archive.org/details/periodictableits00scer/page/n227 205]–226}}</ref><ref name=jacs41_6_868>{{cytuj |autor = Irving Langmuir |tytuł = The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules |czasopismo = Journal of the American Chemical Society |data = 1919-06 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 41 |numer = 6 |s = 868–934 |doi = 10.1021/ja02227a002 |język = en |dostęp = z}}</ref>.

W 1922 roku [[doświadczenie Sterna-Gerlacha]] pokazało, że kierunek [[wektor]]a [[magnetyczny moment dipolowy|magnetycznego momentu dipolowego]] atomów jest [[kwant|skwantowany]]. Specjalnie ukształtowane [[pole magnetyczne]] dzieliło strumień przelatujących przez nie atomów [[srebro|srebra]] na dwie rozdzielone wiązki. Zgodnie z [[mechanika klasyczna|mechaniką klasyczną]] takie zjawisko nie powinno mieć miejsca, ponieważ moment magnetyczny każdego atomu powinien móc być skierowany w dowolnym kierunku i oddziaływanie z zewnętrznym polem magnetycznym mogło jedynie rozciągnąć strumień atomów w jakimś kierunku. Zamiast tego atomy zostały rozdzielone na dwie grupy, w których wektor momentu magnetycznego skierowany był w górę lub w dół<ref name=fop17_6_575>{{cytuj |autor = Marlan O. Scully, Willis E. Lamb, Asim Barut |tytuł = On the theory of the Stern-Gerlach apparatus |czasopismo = Foundations of Physics |data = 1987-06 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 17 |numer = 6 |s = 575–583 |doi = 10.1007/BF01882788 |język = en |dostęp = z}}</ref>.

W 1924 roku [[Louis de Broglie]] zaproponował, że wszystkie cząstki mogą [[fale materii|zachowywać się jak fale]]. W 1926 roku [[Erwin Schrödinger]] rozwinął tę ideę, przedstawiając matematyczny model atomu, w którym ruch elektronów został opisany funkcjami [[fala stojąca|fal stojących]]. Konsekwencją opisywania cząstek jako fali było to, że matematycznie niemożliwe stało się jednoczesne określenie ich położenia i pędu, co zostało sformułowane jako ''[[zasada nieoznaczoności]]'' przez [[Werner Heisenberg|Wernera Heisenberga]] w 1926 roku. Zgodnie z nią, zwiększając precyzję pomiaru położenia, zmniejsza się jednocześnie precyzję pomiaru pędu i ''vice versa''. Model Schrödingera umożliwił rozwiązanie problemów, które napotykały wcześniejsze modele przy wyjaśnianiu [[Linie spektralne|linii spektralnych]] atomów cięższych od [[wodór|wodoru]]. Obecnie przyjmuje się go za obowiązujący<ref name=brown2007>{{Cytuj stronę |url = http://www.mathpages.com/home/kmath538/kmath538.htm |tytuł = The Hydrogen Atom |nazwisko = Brown |imię = Kevin |rok = 2007 |opublikowany = MathPages |data dostępu = 2010-10-03}}</ref><ref name=harrison2000>{{Cytuj stronę |url = http://www.upscale.utoronto.ca/GeneralInterest/Harrison/DevelQM/DevelQM.html |tytuł = The Development of Quantum Mechanics |nazwisko = Harrison |imię = David M. |rok = 2000 |opublikowany = [[University of Toronto]] |data dostępu = 2010-10-03}}</ref>.

[[Plik:Schemat spektrometru mas.svg|thumb|Schemat działania spektrometru mas]]

Wynalezienie [[Spektrometria mas|spektrometru mas]] umożliwiło dokładne zmierzenie bezwzględnych [[masa atomowa|mas atomowych]]. Urządzenie to wykorzystuje pole magnetyczne do odchylenia trajektorii jonów, a stopień odchylenia zależy od stosunku ładunku jonu do jego masy. [[Francis William Aston]] jako pierwszy udowodnił przy jego użyciu, że izotopy mają różne masy i że różnice w ich masach są wielokrotnościami tej samej masy. W 1932 roku fizyk [[James Chadwick]] wyjaśnił te różnice odkrywając [[neutron]] – elektrycznie obojętną cząstkę podobną do [[proton]]u. Izotopy okazały się atomami o tej samej liczbie protonów, ale różniącymi się liczbą neutronów w jądrze<ref name=chadwick1935>{{Cytuj stronę |url = https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/chadwick-lecture.pdf |tytuł = Nobel Lecture: The Neutron and Its Properties |nazwisko = Chadwick |imię = James |data = 1935-12-12 |opublikowany = Fundacja Noblowska |data dostępu = 2010-10-03}}</ref>.

=== Rozbicie atomu i fizyka materii skondensowanej ===
W 1938 roku niemiecki chemik [[Otto Hahn]] skierował strumień neutronów na atomy [[uran (pierwiastek)|uranu]] próbując uzyskać [[transuranowce|cięższe pierwiastki]]. Produktem okazał się lżejszy pierwiastek [[Bar (pierwiastek)|bar]]<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.chemheritage.org/classroom/chemach/atomic/hahn-meitner.html |tytuł = Otto Hahn, Lise Meitner and Fritz Strassmann |praca = Chemical Achievers: The Human Face of the Chemical Sciences |opublikowany = Chemical Heritage Foundation |data dostępu = 2009-09-15}}</ref>. Rok później [[Lise Meitner]] i [[Otto Frisch]] potwierdzili, że ten eksperyment był pierwszym sztucznie wywołanym rozbiciem jądra atomowego<ref>{{cytuj |autor = Lise Meitner, O. R. Frisch |tytuł = Disintegration of Uranium by Neutrons: a New Type of Nuclear Reaction |czasopismo = Nature |data = 1939-02 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 143 |numer = 3615 |s = 239–240 |doi = 10.1038/143239a0 |język = en |dostęp = z}}</ref><ref>{{Cytuj stronę |url = http://webdoc.sub.gwdg.de/ebook/rd/2003/meitner.pdf |tytuł = Lise Meitner – Zur 125. Wiederkehr Ihres Geburtstages |nazwisko = Schroeder |imię = M. |data = |język = de |data dostępu = 2018-06-25}}</ref>. Po 1950 roku budowa [[akcelerator cząstek|akceleratorów cząstek]] i [[Detektory promieniowania jonizującego|detektorów cząstek]] pozwoliła fizykom badać wyniki zderzeń atomów poruszających się z dużymi prędkościami<ref>{{Cytuj stronę |url = http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/articles/kullander/ |tytuł = Accelerators and Nobel Laureates |nazwisko = Kullander |imię = Sven |data = 2001-08-28 |opublikowany = Fundacja Noblowska |data dostępu = 2008-01-31}}</ref>. Odkryto w ten sposób dziesiątki, a później setki nowych cząstek. Ich strukturę wyjaśnili niezależnie od siebie [[Murray Gell-Mann|Gell-Mann]] i [[George Zweig|G. Zweig]] w 1964 roku, wprowadzając pojęcie [[kwark]]ów. Neutrony i protony okazały się być [[hadrony|hadronami]] – cząsteczkami zbudowanymi z kwarków. Na bazie tego stworzono [[model standardowy]], wyjaśniający strukturę jądra atomowego w oparciu o kwarki i siły, jakim podlegają<ref>{{Cytuj stronę |url = http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1990/press.html |tytuł = The Nobel Prize in Physics 1990 |data = 1990-10-17 |opublikowany = Fundacja Noblowska |data dostępu = 2008-01-31}}</ref>.

== Składniki ==
=== Cząstki subatomowe ===
Mimo że słowo ''atom'' pierwotnie oznaczało cząstkę, której nie da się podzielić na mniejsze, współcześnie nazywa się nim strukturę zbudowaną z mniejszych cząstek: [[elektron]]ów, [[proton]]ów i [[neutron]]ów. Jedynie wodór <sup>1</sup>H nie zawiera żadnych neutronów, a jego dodatnio naładowany jon nie zawiera też elektronów.

Elektron jest najmniej masywną z tych trzech cząstek, z masą 9,11{{E|−31}}&nbsp;kg. Posiada ujemny ładunek i rozmiary zbyt małe, aby dało się je określić przy użyciu współczesnych metod<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Demtröder |imię = Wolfgang |tytuł = Atoms, Molecules and Photons: An Introduction to Atomic- Molecular- and Quantum Physics |url = https://archive.org/details/atomsmoleculesph00demt_277 |wydanie = 1st |wydawca = Springer |rok = 2002 |isbn = 3540206310 |oclc = 181435713 |strony = [https://archive.org/details/atomsmoleculesph00demt_277/page/n51 39]–42}}</ref>. Protony posiadają dodatni ładunek i masę około 1836 razy większą od elektronów: 1,6726{{E|−27}}&nbsp;kg. Neutrony nie posiadają ładunku elektrycznego i są około 1839 razy cięższe od elektronu<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Woan |imię = Graham |tytuł = The Cambridge Handbook of Physics |wydawca = Cambridge University Press |rok = 2000 |isbn = 0521575079 |oclc = 224032426 |strony = 8}}</ref>, z masą 1,6929{{E|−27}}&nbsp;kg. Masa protonów i neutronów wewnątrz jądra jest pomniejszona o [[energia wiązania|energię wiązania]]. Neutrony i protony mają podobne średnice, rzędu 2,5{{E|−15}}&nbsp;m – jednak z powodu ich wewnętrznej struktury trudno zdefiniować, co jest ich „powierzchnią”<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = MacGregor |imię = Malcolm H. |tytuł = The Enigmatic Electron |wydawca = Oxford University Press |rok = 1992 |isbn = 0195218337 |oclc = 223372888 |strony = 33–37}}</ref>.

Według modelu standardowego protony i neutrony są zbudowane z [[kwark]]ów. Kwarki stanowią jedną z podstawowych grup cząstek tworzących materię (drugą są [[Lepton (mechanika kwantowa)|leptony]], których przykładem jest [[elektron]]). Istnieje sześć typów kwarków, każdy posiadający ułamkowy ładunek elektryczny wynoszący albo +2/3 albo −1/3. Protony są zbudowane z dwóch [[kwark górny|kwarków górnych]] (o ładunku +2/3) i jednego [[kwark dolny|kwarku dolnego]] (o ładunku −1/3). Neutrony są zbudowane z jednego kwarka górnego i dwóch dolnych. Ta różnica odpowiada za różnicę w masach i ładunku tych dwóch cząstek. Kwarki są powiązane ze sobą [[oddziaływanie silne|silnym oddziaływaniem jądrowym]], którego nośnikiem są [[gluon]]y. Gluony są [[bozony cechowania|bozonami cechowania]] – podstawowymi cząstkami przenoszącymi [[oddziaływania podstawowe|oddziaływania fizyczne]]<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.particleadventure.org/ |tytuł = The Particle Adventure |autor = Particle Data Group |rok = 2002 |opublikowany = Lawrence Berkeley Laboratory |data dostępu = 2007-01-03}}</ref><ref>{{Cytuj stronę |url = http://abyss.uoregon.edu/~js/ast123/lectures/lec07.html |tytuł = Elementary Particles |nazwisko = Schombert |imię = James |data = 2006-04-18 |opublikowany = University of Oregon |data dostępu = 2007-01-03}}</ref>.

=== Jądro atomowe ===
[[Plik:Binding energy curve - common isotopes-pl.svg|thumb|Średnia [[energia wiązania]] dla nukleonu w jądrach poszczególnych pierwiastków]]
{{Osobny artykuł|Jądro atomowe}}
Wszystkie protony i neutrony w atomie (nazywane wspólnie [[nukleony|nukleonami]]) skupiają się w [[jądro atomowe]]. Średnica jądra atomowego wynosi około <math>\begin{smallmatrix}1.07 \sqrt[3]{A}\end{smallmatrix}</math>&nbsp;[[femtometr|fm]], gdzie ''A'' oznacza liczbę nukleonów<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Jevremovic |imię = Tatjana |tytuł = Nuclear Principles in Engineering |url = https://archive.org/details/nuclearprinciple00jevr_745 |wydawca = Springer |rok = 2005 |isbn = 0387232842 |oclc = 228384008 |strony = [https://archive.org/details/nuclearprinciple00jevr_745/page/n20 6]}}</ref>. Jest to około 1/100&nbsp;000 średnicy całego atomu. Nukleony są związane ze sobą przez [[siły jądrowe]], będące resztkowym przejawem oddziaływania silnego. Na odległościach mniejszych niż 2,5 fm te siły są wielokrotnie silniejsze od odpychania [[oddziaływanie elektrostatyczne|elektrostatycznego]] pomiędzy dodatnio naładowanymi protonami<ref name=pfeffer>{{Cytuj książkę |nazwisko = Pfeffer |imię = Jeremy I. |tytuł = Modern Physics: An Introductory Text |wydawca = Imperial College Press |rok = 2000 |isbn = 1860942504 |oclc = 45900880 |strony = 330–336}}</ref>.

Atomy tego samego [[pierwiastek chemiczny|pierwiastka]] mają tę samą liczbę protonów, nazywaną [[liczba atomowa|liczbą atomową]]. Liczba neutronów może być różna, w zależności od [[izotopy|izotopu]] tego pierwiastka. Łączna liczba protonów i neutronów określana jest jako [[liczba masowa]]. Stabilność jądra zależy od liczby protonów, jak i neutronów w jądrze. Jądra niestabilne ulegają [[radioaktywność|rozpadowi promieniotwórczemu]]<ref>{{Cytuj stronę |url = http://serc.carleton.edu/quantskills/methods/quantlit/RadDecay.html |tytuł = How Does Radioactive Decay Work? |nazwisko = Wenner |imię = Jennifer M. |data = 2007-10-10 |opublikowany = Carleton College |data dostępu = 2008-01-09}}</ref>.

Zarówno protony, jak i neutrony są [[Fermiony|fermionami]]. [[Reguła Pauliego]] zabrania identycznym fermionom zajmowania jednocześnie tego samego stanu kwantowego. Dlatego każdy proton w jądrze musi znajdować się w innym stanie kwantowym, podobnie jak każdy neutron. Reguła ta nie zabrania protonowi i neutronowi znajdować się w tym samym stanie, ponieważ są innym typem cząstek.

W atomach z małą liczbą protonów (poniżej 20) najstabilniejsze są izotopy, w których liczba protonów i neutronów jest w przybliżeniu równa. Jądro atomu z tej grupy, zawierające znacząco różną liczbę neutronów i protonów, może obniżyć swoją energię przez rozpad radioaktywny prowadzący do zmniejszenia tej różnicy. W miarę wzrostu liczby protonów w jądrze ich odpychanie elektrostatyczne sprawia, że stabilniejsze stają się jądra z nieco większą liczbą neutronów. Jądra wszystkich atomów cięższych od [[wapń|wapnia]] (20 protonów), których liczba neutronów jest równa liczbie protonów, są niestabilne. Z dalszym wzrostem liczby protonów optymalny stosunek liczby neutronów do protonów rośnie, osiągając około 1,5 dla najcięższych jąder<ref name=Sobkowski18>{{Cytuj |autor = [[Jerzy Sobkowski]] |tytuł = Chemia jądrowa |seria = Biblioteka Chemii Tom 5 |data = 1981 |wydawca = Państwowe Wydawnictwo Naukowe |miejsce = Warszawa |isbn = 83-01-02060-1 |s = 18–19}}</ref>. Najcięższym trwałym atomem jest [[ołów]], którego izotop <sup>208</sup>Pb zawiera 82 protony i 126 neutronów. Do roku 2003 za najcięższy trwały atom uważano [[bizmut]] (izotop <sup>209</sup>Bi), który jednak, zgodnie z przewidywaniami teoretycznymi, ostatecznie okazał się niestabilny<ref>{{cytuj |autor = Pierre de Marcillac, Noël Coron, Gérard Dambier, Jacques Leblanc, Jean-Pierre Moalic |tytuł = Experimental detection of alpha-particles from the radioactive decay of natural bismuth |czasopismo = Nature |data = 2003-04-24 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 422 |numer = 6934 |s = 876–878 |doi = 10.1038/nature01541 |pmid = 12712201 |język = en |dostęp = z}}</ref>.
[[Plik:Wpdms physics proton proton chain 1.svg|thumb|Schemat syntezy jądra deuteru z dwóch protonów. Emitowany jest [[pozyton]] (e<sup>+</sup>) – cząstka [[antymateria|antymaterii]] – oraz [[neutrino]] elektronowe.]]

W wyniku zderzeń jąder atomowych może dojść do utworzenia nowych jąder, ale doprowadzenie do takiej reakcji wymaga często bardzo wysokich energii. [[Reakcja termojądrowa|Fuzja jądrowa]] zachodzi, gdy lżejsze jądra łączą się w cięższe. Przykładowo protony muszą zderzyć się z energią 3–10 [[elektronowolt|keV]], aby przezwyciężyć wzajemne odpychanie i zbliżyć się na tyle, żeby połączyć się w jądro [[deuter]]u<ref>{{Cytuj stronę |url = http://burro.cwru.edu/Academics/Astr221/StarPhys/coulomb.html |tytuł = Overcoming the Coulomb Barrier |nazwisko = Mihos |imię = Chris |data = 2002-07-23 |opublikowany = Case Western Reserve University |data dostępu = 2008-02-13}}</ref>. [[Rozszczepienie jądra atomowego]] to odwrotny proces, w którym ciężkie jądro rozpada się na dwa lżejsze. Jądro może też zostać zmodyfikowane w wyniku zderzenia z wysokoenergetyczną cząstką lub fotonem – które zmieni proton w neutron lub na odwrót<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.lbl.gov/abc/Basic.html |tytuł = ABC’s of Nuclear Science |autor = Staff |data = 2007-03-30 |opublikowany = Lawrence Berkeley National Laboratory |data dostępu = 2007-01-03}}</ref><ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.ieer.org/reports/n-basics.html |tytuł = Basics of Nuclear Physics and Fission |nazwisko = Makhijani |imię = Arjun |autor2 = Saleska, Scott |data = 2001-03-02 |opublikowany = Institute for Energy and Environmental Research |data dostępu = 2007-01-03}}</ref>.

Jeśli masa powstałego jądra i emitowanych cząstek jest mniejsza niż masa [[Substrat (chemia)|substratów]], różnica zostanie wyemitowana w postaci [[promieniowanie gamma|promieniowania gamma]] lub [[Energia kinetyczna|energii kinetycznej]] produktów, zgodnie ze wzorem na [[równoważność masy i energii]] ''E''&nbsp;=&nbsp;''mc''<sup>2</sup>. Różnica mas wynika z [[energia wiązania|energii wiązania]] w jądrze i jej utrata sprawia, że powstałe jądro jest stabilne – aby się rozpaść, musi otrzymać tę energię z otoczenia<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Shultis |imię = J. Kenneth |autor2 = Faw, Richard E. |tytuł = Fundamentals of Nuclear Science and Engineering |wydawca = CRC Press |rok = 2002 |isbn = 0824708342 |oclc = 123346507 |strony = 72–76}}</ref>.

Fuzja, w której powstaje jądro lżejsze od [[żelazo|żelaza]] – o liczbie nukleonów mniejszej niż 60 – powoduje zwykle wyemitowanie większej ilości energii niż jest potrzebna do jej wywołania<ref>{{cytuj |autor = M. P. Fewell |tytuł = The atomic nuclide with the highest mean binding energy |czasopismo = American Journal of Physics |data = 1995-07 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 63 |numer = 7 |s = 653–658 |doi = 10.1119/1.17828 |język = en |dostęp = z}}</ref>. Ta energia napędza reakcję termojądrową we wnętrzu [[gwiazda|gwiazd]]. Dla jąder cięższych od jądra żelaza energia wiązania w przeliczeniu na nukleon zaczyna spadać. Oznacza to, że fuzja takich jąder zużywa energię i nie może podtrzymać [[równowaga hydrostatyczna|równowagi hydrostatycznej]] w gwiazdach<ref name=Sobkowski71>{{Cytuj książkę |nazwisko = Sobkowski |imię = Jerzy |nazwisko2 = Jelińska-Kazimierczuk |imię2 = Małgorzata |tytuł = Chemia jądrowa |data = 2006 |wydawca = Wydawnictwo Adamantan |miejsce = Warszawa |isbn = 83-7350-080-4 |strony = 71–75}}</ref>.

=== Powłoki elektronowe ===
[[Plik:Potential energy well.svg|thumb|[[Studnia potencjału]], pokazująca minimalną energię ''V''(''x'') potrzebną do osiągnięcia pozycji ''x''. W [[mechanika klasyczna|mechanice klasycznej]] cząstka o energii ''E'' jest ograniczona do pozycji między ''x''<sub>1</sub> i ''x''<sub>2</sub>.]]
{{Osobny artykuł|Orbital|Konfiguracja elektronowa}}

Elektrony w atomie są przyciągane siłami elektrycznymi przez protony w jądrze. To oddziaływanie tworzy [[studnia potencjału|studnię potencjału]] wokół jądra, z której uwolnienie wymaga dostarczenia elektronom energii z zewnątrz. Im bliżej jądra znajduje się elektron, tym silniej jest przyciągany i wzrasta energia konieczna do jego oderwania od atomu. Zgodnie z [[mechanika kwantowa|mechaniką kwantową]], elektrony (tak jak wszystkie cząstki) są [[dualizm korpuskularno-falowy|jednocześnie cząstkami i falami]]. Każdy elektron można opisać [[funkcja|funkcją]] matematyczną określającą prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w określonym obszarze. Dla elektronu w studni potencjału, funkcja ta jest funkcją [[fala stojąca|fali stojącej]] i jest nazywana [[orbital]]em<ref>{{cytuj |autor = R. S. Mulliken |tytuł = Spectroscopy, molecular orbitals, and chemical bonding |czasopismo = Science (New York, N.Y.) |data = 1967-07-07 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 157 |numer = 3784 |s = 13–24 |doi = 10.1126/science.157.3784.13 |pmid = 5338306 |język = en |dostęp = z}}</ref>. Zbiór orbitali posiadających podobny poziom energetyczny nazywany jest [[powłoka elektronowa|powłoką elektronową]], a łącznie wszystkie powłoki – [[chmura elektronowa|chmurą elektronową]]. Istnieje określony, niewielki zbiór stabilnych orbitali wokół jądra a wszystkie pozostałe, które są teoretycznie możliwe, szybko rozpadałyby się na orbitale z tego zbioru<ref name=Brucat>{{Cytuj stronę |url = https://web.archive.org/web/20131209061126/http://www.chem.ufl.edu:80/~itl/2045/lectures/lec_10.html |tytuł = The Quantum Atom |nazwisko = Brucat |imię = Philip J. |rok = 2008 |opublikowany = University of Florida |data dostępu = 2007-01-04}}</ref>. Te stabilne orbitale różnią się między sobą kształtami oraz wielkością i orientacją obszaru, który określają<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.orbitals.com/orb/ |tytuł = Atomic Orbitals |nazwisko = Manthey |imię = David |rok = 2001 |opublikowany = Orbital Central |data dostępu = 2008-01-21}}</ref>.

[[Plik:S-p-Orbitals.svg|thumb|Kształty pięciu najprostszych orbitali. Trzy orbitale 2p mają identyczny kształt, różnią się jedynie orientacją w przestrzeni.]]

Każdemu orbitalowi przypisany jest jego [[poziom energetyczny]]. Elektron może znaleźć się na wyższym poziomie energetycznym pochłaniając foton o odpowiedniej energii lub otrzymując tę energię ze zderzenia z innym atomem lub cząstką. Odwrotnie – elektron z wyższego poziomu może przenieść się na niższy. Powstający w ten sposób nadmiar energii jest unoszony przez emitowany foton (zjawisko to nazywamy [[emisja spontaniczna|emisją spontaniczną]]) lub przejmowany przez inny atom (przejście bezpromieniste). Charakterystyczne wartości tych energii, będące różnicami energii poszczególnych orbitali, odpowiadają za występowanie [[linie spektralne|linii spektralnych]] w [[widmo liniowe|widmach liniowych]] poszczególnych pierwiastków<ref name=Brucat />.

Energia potrzebna na oderwanie bądź przyłączenie elektronu – energia wiązania elektronu – jest o wiele mniejsza niż energia wiązania nukleonów. Potrzeba około 13,6&nbsp;eV, aby oddzielić elektron w [[stan podstawowy|stanie podstawowym]] od jądra atomu wodoru<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.astro.bas.bg/~petrov/herter00.html#lect08 |tytuł = Lecture 8: The Hydrogen Atom |nazwisko = Herter |imię = Terry |rok = 2006 |opublikowany = Cornell University |data dostępu = 2008-02-14}}</ref>, podczas gdy wyrwanie nukleonu z jądra deuteru wymaga 2,23&nbsp;''milionów'' eV<ref>{{cytuj |autor = R. E. Bell, L. G. Elliott |tytuł = Gamma-Rays from the Reaction H<sup>1</sup>(n,γ)D² and the Binding Energy of the Deuteron |czasopismo = Physical Review |data = 1950-07-15 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 79 |numer = 2 |s = 282–285 |doi = 10.1103/PhysRev.79.282 |język = en |dostęp = z}}</ref>.

Jeśli atom ma tę samą liczbę protonów i elektronów, jest elektrycznie obojętny. Atomy mające nadmiar lub niedomiar elektronów nazywane są [[jon]]ami. Elektrony na orbitalach najdalszych od jądra mogą przenosić się na inne atomy bądź tworzyć [[Orbital molekularny|orbitale]] wokół dwóch i więcej atomów jednocześnie. W ten sposób atomy tworzą [[Wiązanie chemiczne|wiązania chemiczne]] między sobą, łącząc się w [[związek chemiczny|związki chemiczne]]<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Smirnov |imię = Boris M. |tytuł = Physics of Atoms and Ions |wydawca = Springer |rok = 2003 |isbn = 0-387-95550-X |strony = 249–272}}</ref>.

== Właściwości ==
=== Właściwości jądrowe ===
{{Osobny artykuł|Izotopy|}}

Z definicji dwa atomy o identycznej liczbie protonów w jądrze są atomami tego samego [[pierwiastek chemiczny|pierwiastka]]. Jeśli różnią się liczbą neutronów, stanowią różne izotopy tego pierwiastka. Przykładowo atomy wodoru posiadają zawsze jeden proton, ale mogą nie posiadać żadnego neutronu (prot), posiadać jeden ([[deuter]]), dwa ([[tryt]]) lub nawet [[izotopy wodoru|więcej neutronów]]. 99,98% atomów wodoru w przyrodzie należy do pierwszego izotopu (bez neutronów)<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.lbl.gov/abc/wallchart/chapters/02/3.html |tytuł = The Isotopes of Hydrogen |nazwisko = Matis |imię = Howard S. |data = 2000-08-09 |praca = Guide to the Nuclear Wall Chart |opublikowany = Lawrence Berkeley National Lab |data dostępu = 2007-12-21}}</ref>. Lista znanych obecnie pierwiastków obejmuje liczby atomowe od 1 ([[wodór]]) do 118 ([[oganeson]])<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.washingtonpost.com/wp-dyn/content/article/2006/10/16/AR2006101601083.html |tytuł = Scientists Announce Creation of Atomic Element, the Heaviest Yet |nazwisko = Weiss |imię = Rick |data = 2006-10-17 |opublikowany = Washington Post |data dostępu = 2007-12-21}}</ref>. Jądra o określonej liczbie protonów i neutronów określane są jako [[nuklid]]y. Wszystkie znane nuklidy mające więcej niż 82 protony w jądrze są radioaktywne<ref name=sills>{{Cytuj książkę |nazwisko = Sills |imię = Alan D. |tytuł = Earth Science the Easy Way |url = https://archive.org/details/earthscienceeasy00alan |wydawca = Barron’s Educational Series |rok = 2003 |isbn = 0764121464 |oclc = 51543743 |strony = [https://archive.org/details/earthscienceeasy00alan/page/131 131]–134}}</ref><ref name=dume>{{Cytuj stronę |url = http://web.archive.org/web/20120112131433/http://physicsworld.com/cws/article/news/17319 |tytuł = Bismuth breaks half-life record for alpha decay |nazwisko = Dumé |imię = Belle |data = 2003-04-23 |opublikowany = Physics World |data dostępu = 2007-12-21}}</ref>.

Na [[Ziemia|Ziemi]] naturalnie występuje około 339 różnych nuklidów<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.don-lindsay-archive.org/creation/isotope_list.html |tytuł = Radioactives Missing From The Earth |nazwisko = Lindsay |imię = Don |data = 2000-07-30 |opublikowany = Don Lindsay Archive |data dostępu = 2007-05-23}}</ref>, z czego 227 (około 67%) jest stabilnych i nie ulega radioaktywnemu rozpadowi. Jednak jedynie 90 z nich nie ma teoretycznej możliwości rozpadu, pozostałe 137 taką możliwość wedle współczesnej wiedzy posiadają, ale nigdy takiego rozpadu nie zaobserwowano. Oprócz tych 227 stabilnych nuklidów u kolejnych 30 potwierdzono radioaktywny rozpad, ale [[czas połowicznego rozpadu|czas tego rozpadu]] jest zbyt duży, aby dało się go wyznaczyć eksperymentalnie. Kolejnych 31 ma czas połowicznego rozpadu przekraczający 80 milionów lat, dzięki czemu ich resztki dotrwały do dzisiejszych czasów od początków istnienia [[Układ Słoneczny|Układu Słonecznego]]. Daje to w sumie 288 tzw. '''pierwotnych nuklidów''', istniejących na Ziemi od jej początków. Ostatnie 51 istniejących na Ziemi naturalnie nuklidów to produkty rozpadu cięższych nuklidów (jak np. [[Rad (pierwiastek)|rad]] powstający z rozpadu [[Uran (pierwiastek)|uranu]]) i produkty naturalnych reakcji jądrowych (jak [[węgiel-14|<sup>14</sup>C]] produkowany w górnych warstwach atmosfery pod wpływem [[promieniowanie kosmiczne|promieniowania kosmicznego]])<ref>Jagdish K. Tuli, Nuclear Wallet Cards, 7th edition, April 2005, Brookhaven National Laboratory, US National Nuclear Data Center.</ref><ref>[https://www.nndc.bnl.gov/nudat2/ Interactive Chart of Nuclides (Brookhaven National Laboratory)].</ref>.

80 pierwiastków chemicznych posiada stabilne izotopy. Nie mają ich pierwiastki o liczbie atomowej 43 ([[technet]]), 61 ([[promet]]) i wszystkie o liczbach atomowych większych od 82 ([[ołów]]). Pozostałe posiadają średnio po około 3 stabilne izotopy. 27 pierwiastków ma tylko jeden stabilny izotop. Największą liczbę stabilnych izotopów (10) ma [[cyna]]<ref name=CRC>{{Cytuj |tytuł = CRC Handbook of Chemistry & Physics |url = http://www.hbcpnetbase.com/ |wydanie = 86 |wydawca = CRC |data = 2005–2006 |isbn = 0849304865 |oclc = 179976746 |archiwum = https://web.archive.org/web/20080517040300/http://www.hbcponline.com/ |zarchiwizowano = 2008-05-17 |data dostępu = 2010-09-06}}</ref>.

Stabilność izotopów zależy od proporcji protonów i neutronów oraz od tego czy ich liczba jest równa jednej z tzw. ''liczb magicznych''. W [[model powłokowy|modelu powłokowym]] struktury jądra atomowego, liczby magiczne odpowiadają maksymalnej pojemności kolejnych jego poziomów energetycznych. Część liczb magicznych dotyczy obu nukleonów, a część odnosi się tylko do jednego z ich rodzajów. Przykładowo, jądro [[cyna|cyny]] zawiera 50 protonów, która jest liczbą magiczną dla obu nukleonów, dlatego cyna posiada wyjątkowo dużo trwałych izotopów. Wśród znanych 256 stabilnych nuklidów tylko 4 mają nieparzyste liczby zarówno protonów, jak i neutronów: [[wodór|wodór-2]], [[Lit|lit-6]], [[bor|bor-10]] i [[azot|azot-14]]. Większość jąder o nieparzystej liczbie protonów i neutronów w bardzo krótkim czasie ulega [[rozpad beta|rozpadowi beta]], tworząc jądro o parzystej liczbie protonów i neutronów, zwykle znacznie stabilniejsze (patrz [[model kroplowy]])<ref name=CRC />.

=== Masa ===
{{Osobny artykuł|Masa atomowa}}

Protony i neutrony odpowiadają za ponad 99,9% masy atomu, a ich masa jest w przybliżeniu taka sama. Dlatego sumaryczna liczba protonów i neutronów nazywana jest [[liczba masowa|liczbą masową]]. [[Masa spoczynkowa]] atomów wyrażana jest często w [[jednostka masy atomowej|jednostkach atomowych]] (u), zdefiniowanych jako 1/12 masy atomu [[Węgiel (pierwiastek)|<sup>12</sup>C]], czyli około 1,66{{E|−27}}&nbsp;kg<ref name=iupac />. W tych jednostkach masa każdego atomu jest w przybliżeniu równa jego liczbie masowej. Przykładowo masa atomu [[wodór|<sup>1</sup>H]] wynosi 1,007825&nbsp;u<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/nuctek/nuclideunstable.html |tytuł = Nuclide Stability |nazwisko = Chieh |imię = Chung |data = 2001-01-22 |opublikowany = University of Waterloo |archiwum = https://web.archive.org/web/20180728153510/http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/nuctek/nuclideunstable.html |zarchiwizowano = 2018-07-28 |data dostępu = 2007-01-04}}</ref><ref>{{Cytuj stronę |url = http://physics.nist.gov/cgi-bin/Compositions/stand_alone.pl |tytuł = Atomic Weights and Isotopic Compositions for All Elements |opublikowany = National Institute of Standards and Technology |data dostępu = 2017-01-03}}</ref>. Najcięższy stabilny atom to [[ołów|<sup>208</sup>Pb]]<ref name=sills />, którego masa wynosi 207,976652481&nbsp;u<ref>{{cytuj |autor = M. Wang, G. Audi, A.H. Wapstra, F.G. Kondev, M. MacCormick, X. Xu, B. Pfeiffer |tytuł = The Ame2012 atomic mass evaluation |czasopismo = Chinese Physics C |data = 2012-12 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 36 |numer = 12 |s = 1603–2014 |doi = 10.1088/1674-1137/36/12/003 |język = en |dostęp = z}}</ref>.

Ponieważ w chemii używa się makroskopowych ilości atomów, chemicy używają dodatkowej jednostki: [[mol]]a. Jeden mol to około [[Stała Avogadra|6,022{{E|23}}]] cząstek. Liczba ta została dobrana w ten sposób, żeby mol atomów o liczbie masowej 1 miał masę zbliżoną do 1 [[gram]]a. Ze względu na to, że dokładny pomiar liczby atomów w 1 gramie wodoru-1 jest problematyczny, za podstawę skali względnej [[masa atomowa|masy atomowej]] przyjęto założenie, że 1 mol to taka liczba atomów, jaka znajduje się w 12 gramach izotopu węgla-12<ref name=iupac>{{Cytuj książkę |nazwisko = Mills |imię = Ian |autor2 = Cvitaš, Tomislav; Homann, Klaus; Kallay, Nikola; Kuchitsu, Kozo |tytuł = Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry |wydanie = 2nd |wydawca = [[Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej|International Union of Pure and Applied Chemistry]], Commission on Physiochemical Symbols Terminology and Units, Blackwell Scientific Publications |miejsce = Oxford |rok = 1993 |isbn = 0-632-03583-8 |oclc = 27011505}}</ref>.

Powiązanie definicji mola i standardowej jednostki atomowej (''u'') poprzez odniesienie do izotopu węgla-12 nie jest przypadkowe, lecz wynika z wieloletnich konsultacji i dyskusji w ramach [[Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej|IUPAC]], [[Międzynarodowa Unia Fizyki Czystej i Stosowanej|IUPAP]] i [[Międzynarodowy Komitet Miar i Wag|Międzynarodowego Komitetu Miar i Wag]]<ref>{{cytuj |autor = Norman E. Holden |tytuł = Atomic Weights and the International Committee – A Historical Review |url = http://www.iupac.org/publications/ci/2004/2601/1_holden.html |czasopismo = Chemistry International |numer = 1 |wolumin = 26 |język = en |data = 2004 |dostęp = o |data dostępu = 2021-03-29}}</ref>.

=== Kształt i wielkość ===
{{Osobny artykuł|Promień atomowy}}
Atomy nie mają dokładnie określonych granic, ich rozmiary są określane w sposób umowny, na podstawie odległości pomiędzy sąsiednimi jądrami atomów (promień kowalencyjny), z którymi tworzą [[wiązanie chemiczne|wiązania chemiczne]]. Odpowiada to zwykle średniej odległości, na jakiej znajdują się elektrony na najdalszej powłoce. Tak zdefiniowane rozmiary zależą jednak od rodzaju wiązań chemicznych, [[liczba koordynacyjna|liczby sąsiadów]] i od ich [[spin (fizyka)|spinu]]<ref>{{cytuj |autor = R. D. Shannon |tytuł = Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides |czasopismo = Acta Crystallographica Section A |data = 1976-09-01 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 32 |numer = 5 |s = 751–767 |doi = 10.1107/S0567739476001551 |język = en |dostęp = z}}</ref>. W [[Układ okresowy pierwiastków|układzie okresowym]] średnice atomów wewnątrz każdej grupy rosną wraz z liczbą obsadzonych powłok, jednak maleją wewnątrz okresu wraz ze zwiększeniem liczby protonów (ponieważ jądro przyciąga elektrony mocniej i rozmiary powłok maleją)<ref>{{Cytuj stronę |url = https://hypertextbook.com/facts/1996/MichaelPhillip.shtml |tytuł = Diameter of an Atom |nazwisko = Dong |imię = Judy |rok = 1998 |opublikowany = The Physics Factbook |data dostępu = 2018-06-25}}</ref>. Dlatego najmniejszą średnicę ma [[hel (pierwiastek)|hel]] – około 62&nbsp;[[pikometr|pm]], a największą [[cez]] – około 520&nbsp;pm<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Zumdahl |imię = Steven S. |tytuł = Introductory Chemistry: A Foundation |url = http://college.cengage.com/chemistry/intro/zumdahl/intro_chemistry/5e/students/protected/periodictables/pt/pt/pt_ar5.html |wydanie = 5th |wydawca = Houghton Mifflin |rok = 2002 |isbn = 0-618-34342-3 |oclc = 173081482}}</ref>.

Przyjmuje się, że w pustej przestrzeni atomy w stanie podstawowym mają kształt kuli. Pod wpływem pól elektrycznych te kształty mogą się jednak zmieniać. Stopień odkształcenia zależy od siły pola i typu zewnętrznej powłoki elektronowej atomu. W szczególności atomy tworzące kryształy mogą mieć kształty znacznie odbiegające od sfery z powodu silnych pól wytwarzanych przez atomy rozłożone wokół nich<ref>{{cytuj |autor = H. Bethe |tytuł = Termaufspaltung in Kristallen |czasopismo = Annalen der Physik |data = 1929 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 395 |numer = 2 |s = 133–208 |doi = 10.1002/andp.19293950202 |język = de |dostęp = z}}</ref><ref>{{cytuj |autor = M. Birkholz, R. Rudert |tytuł = Interatomic distances in pyrite-structure disulfides – a case for ellipsoidal modeling of sulfur ions |czasopismo = Physica Status Solidi (b) |data = 2008-09 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 245 |numer = 9 |s = 1858–1864 |doi = 10.1002/pssb.200879532 |język = en |dostęp = z}}</ref>.

Ponieważ rozmiary atomów są tysiące razy mniejsze od [[długość fali|długości fali]] [[światło widzialne|światła widzialnego]] (400–700&nbsp;[[nanometr|nm]]), nie można dostrzec pojedynczych atomów za pomocą [[mikroskop optyczny|mikroskopu optycznego]]. Pierwszym urządzeniem, które umożliwiło wizualizację pojedynczych atomów i ich rozmieszczenia, był [[polowy mikroskop jonowy]], jednak jego użyteczność była ograniczona<ref>{{cytuj książkę |nazwisko = Kelsall |imię = Robert W. |tytuł = Nanotechnologie |wydawca = PWN |miejsce = Warszawa |data = 2008 |strony = 87 |isbn = 978-83-01-15537-7 |nazwisko2 = Hamley |imię2 = Ian W. |nazwisko3 = Geoghegan |imię3 = Mark}}</ref>. Później uzyskano możliwość obrazowania atomów za pomocą skaningowej [[Mikroskop elektronowy|mikroskopii elektronowej]] i wysokonapięciowej mikroskopii elektronowej, natomiast [[skaningowy mikroskop tunelowy]] umożliwił również manipulację pojedynczymi atomami<ref>{{cytuj książkę |nazwisko = Haken |imię = Hermann |tytuł = Atomy i kwanty. Wprowadzenie do współczesnej spektroskopii atomowej |wydawca = PWN |miejsce = Warszawa |data = 1997 |strony = 40–41 |isbn = 83-01-12135-1 |nazwisko2 = Wolf |imię2 = Hans Christoph}}</ref>.

Wielkość atomów można opisać obrazowo na przykładach makroskopowych: ludzki włos ma średnicę około miliona atomów węgla, kropla wody zawiera około 2 [[tryliard]]y (2{{E|21}}) atomów tlenu i dwa razy więcej atomów wodoru<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Padilla |imię = Michael J. |autor2 = Miaoulis, Ioannis; Cyr, Martha |tytuł = Prentice Hall Science Explorer: Chemical Building Blocks |wydawca = Prentice-Hall, Inc. |miejsce = Upper Saddle River, New Jersey USA |rok = 2002 |isbn = 0-13-054091-9 |oclc = 47925884 |strony = 32}}</ref>. Gdyby powiększyć jabłko do rozmiarów Ziemi, to atomy jabłka miałyby rozmiary mniej więcej jabłka<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Feynman |imię = Richard |autor link = Richard Feynman |tytuł = Six Easy Pieces |wydawca = The Penguin Group |rok = 1995 |isbn = 978-0-140-27666-4 |oclc = 40499574}}</ref>.

=== Rozpad radioaktywny ===
[[Plik:Isotopes and half-life.svg|thumb|[[Tabela nuklidów]], diagram ukazujący [[czas połowicznego rozpadu]] (T<sub>½</sub>) różnych nuklidów]]
{{Osobny artykuł|Radioaktywność}}
Każdy pierwiastek ma nietrwałe izotopy, które ulegają rozpadowi radioaktywnemu. W trakcie takiego rozpadu jądro emituje cząstki, czemu może towarzyszyć [[promieniowanie elektromagnetyczne]]. Szczególnie podatne na taki rozpad są jądra o dużej wielkości w stosunku do zasięgu [[oddziaływanie silne|oddziaływania silnego]] – około 1&nbsp;fm<ref name=splung>{{Cytuj stronę |url = http://www.splung.com/content/sid/5/page/radioactivity |tytuł = Radioactivity |opublikowany = Splung.com |data dostępu = 2007-12-19}}</ref>.
[[Plik:Tryby rozpadu promieniotworczego.svg|thumb|Tryby rozpadu jądra atomu. ''N'', liczba neutronów; ''Z'', liczba protonów.]]
Najbardziej powszechne typy rozpadów radioaktywnych to<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = L’Annunziata |imię = Michael F. |tytuł = Handbook of Radioactivity Analysis |wydawca = Academic Press |rok = 2003 |isbn = 0124366031 |oclc = 162129551 |strony = 3–56}}</ref><ref>{{Cytuj stronę |url = http://web.archive.org/web/20120217170650/http://isotopes.lbl.gov/education/decmode.html |tytuł = Radioactive Decay Modes |nazwisko = Firestone |imię = Richard B. |data = 2000-05-22 |opublikowany = Berkeley Laboratory |data dostępu = 2007-01-07}}</ref>:
* [[Rozpad alfa]] – polegający na emisji [[promieniowanie alfa|cząstki alfa]], czyli jądra [[hel (pierwiastek)|helu]], składającego się z dwóch protonów i dwóch neutronów. W jego wyniku liczba masowa jądra maleje o 4.
* [[Rozpad beta]] – wywoływany przez [[oddziaływanie słabe]], polegający na przekształceniu neutronu znajdującego się w jądrze w proton albo (rzadko) protonu w neutron. W pierwszym przypadku emitowany jest [[elektron]] i [[Neutrino|antyneutrino]] (rozpad β<sup>−</sup>), w drugim przypadku [[pozyton]] i [[neutrino]] (rozpad β<sup>+</sup>). Elektron i pozyton nazywane są [[promieniowanie beta|cząstkami beta]]. Taki rozpad zwiększa (β<sup>−</sup>) albo zmniejsza (β<sup>+</sup>) liczbę atomową jądra, nie zmieniając jego liczby masowej. Rozpad β<sup>+</sup> zachodzi tylko w sztucznie wytworzonych jądrach z nadmiarem protonów, np. {{chem|13|7|N}}<ref name=Sobkowski47>{{Cytuj książkę |nazwisko = Sobkowski |imię = Jerzy |tytuł = Chemia jądrowa |seria = Biblioteka Chemii Tom 5 |data = 1981 |wydawca = Państwowe Wydawnictwo Naukowe |miejsce = Warszawa |isbn = 83-01-02060-1 |strony = 47}}</ref>.
* [[Emisja gamma]] – polegająca na emisji promieniowania gamma w wyniku przejścia nukleonu na niższy poziom energetyczny w jądrze. Taki rozpad nie zmienia liczby atomowej ani masowej jądra. Zwykle następuje po rozpadzie alfa albo beta, po którym jądro pozostało w stanie wzbudzonym.

Rozpady α i β<sup>−</sup> kolejnych [[Izotopy promieniotwórcze|izotopów promieniotwórczych]] grupują się w 4 [[Szereg promieniotwórczy|szeregi promieniotwórcze]], kończące się trwałymi izotopami ołowiu (szeregi 1–3) lub praktycznie trwałym izotopem bizmutu-209 (szereg 4).

Rzadziej występujące typy rozpadów radioaktywnych to m.in. [[emisja neutronu]], [[emisja protonu]] albo ich grupy z jądra, emisja wysokoenergetycznego elektronu w wyniku [[konwersja wewnętrzna|konwersji wewnętrznej]] i [[emisja promieniowania]] elektromagnetycznego nie będącego promieniami gamma.

Rozpad radioaktywny jest procesem, którego wystąpienie jest losowe, i nie da się przewidzieć, w jakim momencie dany atom ulegnie rozpadowi. Można natomiast określić prawdopodobieństwo rozpadu w określonym czasie. Jest ono niemal niezależne od czynników zewnętrznych, w tym i od wielkości próbki, dlatego dla każdego nietrwałego jądra można określić charakterystyczny [[czas połowicznego rozpadu]] – czas, po jakim połowa jąder z próbki ulegnie rozpadowi<ref name=splung />. Rozpad jest [[prawo rozpadu naturalnego|wykładniczy]], co oznacza, że po upływie dwukrotności tego czasu pozostaje 1/4 jąder, po trzykrotności 1/8 itd.

=== Moment magnetyczny ===
{{Osobny artykuł|Magnetyczny moment dipolowy}}

Cząstki elementarne mają kwantową cechę nazywaną [[spin (fizyka)|spinem]]. Ma ona podobne cechy jak [[moment pędu]] obiektu wirującego wokół swojego [[środek masy|środka masy]], choć cząstki elementarne wedle współczesnej wiedzy nie obracają się. Spin wyraża się w jednostkach [[stała Plancka|stałej Diraca]] (ħ). Elektrony, protony i neutrony mają spin ½&nbsp;ħ. W atomie elektrony mają także moment pędu wynikający z ich ruchu wokół jądra, a nukleony wynikający z ich krążenia w jądrze<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.cis.rit.edu/htbooks/nmr/chap-3/chap-3.htm |tytuł = Chapter 3: Spin Physics |nazwisko = Hornak |imię = J.P. |rok = 2006 |praca = The Basics of NMR |opublikowany = Rochester Institute of Technology |data dostępu = 2007-01-07}}</ref>.

[[Pole magnetyczne]] wytwarzane przez atom – jego [[magnetyczny moment dipolowy|moment magnetyczny]] – wynika z sumy momentów pędu. Główną rolę odgrywa jednak spin. Ponieważ [[reguła Pauliego]] zabrania dwóm cząstkom znajdować się w identycznym stanie kwantowym, na każdym poziomie energetycznym znajdują się zwykle dwie cząstki o przeciwnie skierowanych spinach. W ten sposób, jeśli liczba atomowa jest parzysta, wszystkie spiny w atomie mogą się nawzajem znosić, tworząc atom o zerowym momencie magnetycznym.

W [[ferromagnetyzm|ferromagnetykach]] takich jak [[żelazo]] nieparzysta liczba elektronów oznacza, że w każdym atomie jeden elektron pozostaje niesparowany. Ponieważ orbitale tych elektronów w sąsiednich atomach nakładają się na siebie, energetycznie niższy stan jest osiągany, gdy te niesparowane elektrony mają tak samo skierowane spiny. W ten sposób wszystkie niesparowane elektrony mogą uzyskać tak samo skierowany spin, co wytwarza makroskopowe pole magnetyczne. W [[paramagnetyzm|paramagnetykach]] spiny sąsiednich atomów nie układają się same w jednym kierunku, ale zewnętrzne pole magnetyczne może wymusić przyjęcie jednej orientacji, co również prowadzi do wytworzenia makroskopowego pola<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.vectorsite.net/tpqm_04.html |tytuł = <4.3> Magnetic Properties of the Atom |nazwisko = Goebel |imię = Greg |data = 2007-09-01 |praca = Elementary Quantum Physics |opublikowany = In The Public Domain website |data dostępu = 2007-01-07}}</ref>. Właściwości atomów zawierających niesparowane elektrony można badać za pomocą [[Spektroskopia EPR|spektroskopii elektronowego rezonansu paramagnetycznego]] (EPR).

Jądra atomowe również mogą zawierać niesparowane nukleony i w efekcie niezerowy spin (np. [[wodór|<sup>1</sup>H]] i [[deuter|<sup>2</sup>H]], [[węgiel (pierwiastek)|<sup>13</sup>C]], [[azot|<sup>15</sup>N]], [[tlen|<sup>17</sup>O]], [[fluor|<sup>19</sup>F]], [[sód|<sup>23</sup>Na]] i [[fosfor|<sup>31</sup>P]]). Zwykle takie spiny są skierowane w losowych kierunkach i nie wytwarzają efektów makroskopowych. W zewnętrznym polu magnetycznym jądra atomów o niezerowym spinie ulegają jednak [[magnetyzacja|polaryzacji magnetycznej]], a przejścia między dozwolonymi poziomami energetycznymi da się rejestrować, co jest podstawą [[Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego|spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego]] (NMR), [[Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego|obrazowania rezonansem magnetycznym]] (MRI)<ref>{{Cytuj |autor = Lynn Yarris |tytuł = Talking Pictures |url = http://www.lbl.gov/Science-Articles/Research-Review/Magazine/1997/story1.html |czasopismo = Berkeley Lab Research Review |data = Spring 1997 |data dostępu = 2021-03-29 |język = en |dostęp = o}}</ref><ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Liang |imię = Z.-P. |autor2 = Haacke, E.M. |tytuł = Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering: Magnetic Resonance Imaging |url = http://ieeexplore.ieee.org/iel5/8734/27658/01233976.pdf?arnumber=1233976 |wydawca = John Wiley & Sons |rok = 1999 |tom = vol. 2 |isbn = 0471139467 |strony = 412–426}}</ref> i innych technik magnetycznego rezonansu jądrowego.

=== Poziomy energetyczne ===
{{Osobny artykuł|Powłoka elektronowa|Widmo liniowe}}

[[Energia potencjalna]] elektronów związanych w atomie jest odwrotnie proporcjonalna do ich odległości od jądra. Można ją zmierzyć przez określenie energii, jaka jest potrzebna do oderwania tych elektronów od atomu. Zwykle wyraża się ją w [[elektronowolt]]ach (eV). Zgodnie z mechaniką kwantową, elektron związany w atomie musi znajdować się w jednym z określonych z góry stanów, którym odpowiadają określone poziomy energetyczne. Najniższy poziom energetyczny nazywany jest stanem podstawowym, a pozostałe [[stan wzbudzony|stanami wzbudzonymi]].

Aby przejść pomiędzy stanami, elektron musi pochłonąć lub wyemitować [[foton]] o energii odpowiadającej różnicy pomiędzy energią potencjalną tych stanów. Energia fotonu określa jego [[częstotliwość]], dlatego te energie mają wyznaczone miejsca w [[widmo (spektroskopia)|widmie elektromagnetycznym]]<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Fowles |imię = Grant R. |tytuł = Introduction to Modern Optics |url = https://archive.org/details/introductiontomo00fowl_096 |wydawca = Courier Dover Publications |rok = 1989 |isbn = 0486659577 |oclc = 18834711 |strony = [https://archive.org/details/introductiontomo00fowl_096/page/n232 227]–233}}</ref>. Każdy pierwiastek ma charakterystyczne widmo, określone przez ładunek jądra, wypełnienie poszczególnych powłok elektronami i oddziaływania pomiędzy elektronami<ref>{{Cytuj stronę |url = https://www.nist.gov/pml/atomic-spectroscopy-compendium-basic-ideas-notation-data-and-formulas |tytuł = Atomic Spectroscopy: A Compendium of Basic Ideas, Notation, Data, and Formulas |nazwisko = Martin |imię = W.C. |autor2 = Wiese, W.L |rok = 2007 |miesiąc = May |opublikowany = National Institute of Standards and Technology |data dostępu = 2007-01-08}}</ref>.

[[Plik:Fraunhofer lines.svg|thumb|Przykładowe linie absorpcyjne w widmie]]
Gdy światło o ciągłym widmie przechodzi przez gaz lub plazmę, niektóre fotony zostają pochłonięte przez atomy, wywołując przejścia elektronów między poziomami energetycznymi. Wzbudzone tak elektrony po jakimś czasie wracają do swojego poprzedniego stanu, emitując fotony w losowych kierunkach. W ten sposób atomy działają jak filtry, tworząc ciemne [[linie spektralne|linie absorpcyjne]] w widmie przechodzącego przez nie światła. Z kolei obserwując te same atomy z innego kierunku i nie widząc przechodzącego przez nie światła, można zobaczyć tylko światło wyemitowane przez atomy – tzw. [[linie spektralne|linie emisyjne]]. [[Spektroskopia]] wykorzystuje te zjawiska do badania składu chemicznego różnych substancji<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.avogadro.co.uk/light/bohr/spectra.htm |tytuł = Atomic Emission Spectra – Origin of Spectral Lines |opublikowany = avogadro.co.uk |język = en |archiwum = https://web.archive.org/web/20060228231025/http://www.avogadro.co.uk/light/bohr/spectra.htm |zarchiwizowano = 2006-02-28 |data dostępu = 2010-09-06}}</ref>.

Wysokorozdzielcza analiza linii widmowych ujawnia, że niektóre z nich w rzeczywistości składają się z kilku blisko położonych linii. Wynika to z oddziaływania spinowych i orbitalnych momentów magnetycznych elektronów<ref>{{Cytuj stronę |url = http://farside.ph.utexas.edu/teaching/qm/lectures/node55.html |tytuł = Fine structure |nazwisko = Fitzpatrick |imię = Richard |data = 2007-02-16 |opublikowany = University of Texas at Austin |data dostępu = 2008-02-14}}</ref>.
Zewnętrzne pole magnetyczne może spowodować dalsze rozdzielenie linii widmowych – znane jest to jako [[efekt Zeemana]]. Wynika on z tego, że orbitale, które w przypadku braku zewnętrznego pola mają [[degeneracja poziomów energetycznych|takie same poziomy energetyczne]], mogą się różnić energiami, gdy pojawi się takie pole<ref>{{Cytuj stronę |url = http://math.ucr.edu/home/baez/spin/node8.html |tytuł = The Zeeman Effect |nazwisko = Weiss |imię = Michael |rok = 2001 |opublikowany = University of California-Riverside |data dostępu = 2008-02-06}}</ref>. Podobnie przyłożenie zewnętrznego [[pole elektryczne|pola elektrycznego]] może zmienić poziomy energetyczne orbitali i wywołać rozszczepienie linii widmowych. Zjawisko to nazywane jest [[efekt Starka|efektem Starka]]<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Beyer |imię = H.F. |autor2 = Shevelko, V.P. |tytuł = Introduction to the Physics of Highly Charged Ions |wydawca = CRC Press |rok = 2003 |isbn = 0750304812 |oclc = 47150433 |strony = 232–236}}</ref>.

Jeśli elektron jest w stanie wzbudzonym, oddziaływanie z fotonem o odpowiedniej energii może [[emisja wymuszona|wymusić]] na nim przejście do niższego stanu i emisję fotonu, który będzie miał kierunek i [[faza fali|fazę]] identyczną jak foton wymuszający. Zjawisko to umożliwia stworzenie [[laser]]ów, tworzących [[światło spójne|spójną]] wiązkę światła o wąskim przedziale częstotliwości<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.sjsu.edu/faculty/watkins/stimem.htm |tytuł = Coherence in Stimulated Emission |nazwisko = Watkins |imię = Thayer |opublikowany = San José State University |data dostępu = 2007-12-23}}</ref>.

=== Wiązania i reakcje chemiczne ===
{{Osobny artykuł|Reakcja chemiczna|Wiązanie chemiczne}}

Elektrony znajdujące się na najdalszej powłoce w atomie nazywane są [[Elektron walencyjny|walencyjnymi]], a ich powłoka – [[powłoka walencyjna|walencyjną]]. Liczba takich elektronów determinuje właściwości chemiczne atomów. Atomy, w których powłoka walencyjna nie jest w pełni wypełniona, łatwo oddziałują z innymi atomami, tak aby uzupełnić (lub opróżnić) tę powłokę<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.webcitation.org/616QBbsxw |tytuł = Virtual Textbook of Organic Chemistry |nazwisko = Reusch |imię = William |data = 2007-07-16 |opublikowany = Michigan State University |data dostępu = 2008-01-11}}</ref>. Odbywa się to poprzez [[reakcja chemiczna|reakcje chemiczne]], czyli procesy tworzenia i zrywania [[wiązanie chemiczne|wiązań chemicznych]].

Wiązania powstają w efekcie uwspólniania elektronów przez dwa lub więcej atomów ([[wiązanie kowalencyjne]]) albo na skutek przeniesienia elektronów z jednego atomu na drugi ([[wiązanie jonowe]]). W pierwszym przypadku współdzielone elektrony tworzą jedną, wspólną chmurę wokół połączonych atomów, a w drugim atomy łączą się w [[para jonowa|pary jonowe]], przyciągane do siebie [[oddziaływanie elektrostatyczne|oddziaływaniem elektrostatycznym]]. O typie wiązania decyduje różnica [[elektroujemność|elektroujemności]] atomów<ref>{{cytuj stronę |url = http://www.chemguide.co.uk/atoms/bonding/ionic.html |tytuł = Ionic (Electrovalent) Bonding |autor = Jim Clark |data = 2000 |opublikowany = chemguide |język = en |data dostępu = 2010-09-09}}</ref><ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.chemguide.co.uk/atoms/bonding/covalent.html |tytuł = Covalent bonding – Single bonds |rok = 2000 |opublikowany = chemguide}}</ref>.

Pierwiastki chemiczne zwykle przedstawia się w [[układ okresowy pierwiastków|układzie okresowym]], podkreślającym podobieństwo właściwości chemicznych pierwiastków o tej samej liczbie elektronów walencyjnych (znajdujących się w jednej grupie). Ostatnia grupa zawiera pierwiastki, w których powłoka walencyjna jest całkowicie zapełniona elektronami. Są one niemal całkowicie niereaktywne chemicznie i nazywa się je [[Helowce|gazami szlachetnymi]]<ref>{{Cytuj stronę |url = http://periodic.lanl.gov/default.htm |tytuł = Periodic Table of the Elements |autor = Husted, Robert et al |data = 2003-12-11 |opublikowany = Los Alamos National Laboratory |data dostępu = 2008-01-11}}</ref><ref>{{Cytuj stronę |url = http://pubs.acs.org/cen/80th/elements.html |tytuł = It’s Elemental: The Periodic Table |nazwisko = Baum |imię = Rudy |rok = 2003 |opublikowany = Chemical & Engineering News |data dostępu = 2008-01-11}}</ref>.

=== Stany ===
[[Plik:Bose Einstein condensate.png|thumb|Rozkład prędkości atomów rubidu ochłodzonych do (1,7{{E|−7}}&nbsp;[[Kelwin|K]]), pierwszy diagram przed, drugi i trzeci po osiągnięciu stanu [[Kondensat Bosego-Einsteina|kondensatu Bosego-Einsteina]]]]
{{Osobny artykuł|Stan skupienia materii|Faza termodynamiczna}}
Grupy atomów mogą znajdować się w różnych [[stan skupienia materii|stanach skupienia]], w zależności od warunków takich jak [[temperatura]] i [[ciśnienie]]. Zmieniając te warunki, można wywoływać przejścia między stanem [[ciało stałe|stałym]], [[ciecz|ciekłym]], [[gaz]]owym i [[plazma|plazmą]]<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Goodstein |imię = David L. |tytuł = States of Matter |url = https://archive.org/details/statesmatter00good_082 |wydawca = Courier Dover Publications |rok = 2002 |id = {{ISBN|0-486-49506-X}} |isbn = 013843557X |strony = [https://archive.org/details/statesmatter00good_082/page/n445 436]–438}}</ref>. W jednym stanie skupienia mogą istnieć różne [[faza termodynamiczna|stany fazowe]]. Przykładowo węgiel w postaci stałej ma kilka [[alotropia|odmian alotropowych]], jak np. [[grafit]] czy [[diament]]<ref>{{cytuj |autor = Vadim V. Brazhkin |tytuł = Metastable phases, phase transformations, and phase diagrams in physics and chemistry |czasopismo = Physics-Uspekhi |data = 2006 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 49 |numer = 7 |s = 719 |doi = 10.1070/PU2006v049n07ABEH006013 |język = en |dostęp = z}}</ref>.

W temperaturach bliskich [[zero bezwzględne|zera bezwzględnego]] niektóre atomy mogą tworzyć [[kondensat Bosego-Einsteina]], w którym wszystkie zachowują się jak jeden superatom. Ich kwantowe własności mogą być wtedy obserwowane w skali makroskopowej<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Myers |imię = Richard |tytuł = The Basics of Chemistry |url = https://archive.org/details/basicsofchemistr0000myer |wydawca = Greenwood Press |rok = 2003 |isbn = 0313316643 |oclc = 50164580 |strony = [https://archive.org/details/basicsofchemistr0000myer/page/85 85]}}</ref><ref>{{Cytuj stronę |url = https://www.nist.gov/property-fieldsection/bose-einstein-condensate-new-form-matter |tytuł = Bose-Einstein Condensate: A New Form of Matter |autor = Staff |data = 2001-10-09 |opublikowany = National Institute of Standards and Technology |data dostępu = 2017-01-03}}</ref><ref>{{Cytuj stronę |url = http://web.archive.org/web/20070829200820/http://www.ph.unimelb.edu.au/~ywong/poster/articles/bec.html |tytuł = Super Atoms from Bose-Einstein Condensation |nazwisko = Colton |imię = Imogen |nazwisko2 = Fyffe |imię2 = Jeanette |data = 1999-02-03 |opublikowany = The University of Melbourne |data dostępu = 2008-02-06}}</ref>. {{Clear}}

== Techniki analizy i obrazowania ==
[[Plik:Atomic resolution Au100.JPG|thumb|Obraz powierzchni kryształu [[złoto|złota]] ([[wskaźniki Millera|100]]) w [[skaningowy mikroskop tunelowy|skaningowym mikroskopie tunelowym]], pokazujący pojedyncze atomy złota. [[Rekonstrukcja powierzchniowa]] sprawia, że zamiast jednorodnej [[sieć krystaliczna|sieci krystalicznej]] widoczne są kolumny i przerwy między nimi.]]
[[Skaningowy mikroskop tunelowy]] umożliwia oglądanie powierzchni w skali atomowej. Wykorzystuje on [[zjawisko tunelowe]], pozwalające elektronom na pokonywanie próżni pomiędzy badaną próbką a elektrodą. Powstaje w ten sposób mierzalny [[prąd elektryczny]]. Przesuwając elektrodę nad próbką i kontrolując jej odległość od próbki tak, aby natężenie prądu było stałe, uzyskuje się trójwymiarowy obraz powierzchni. Obraz ten w przybliżeniu odpowiada wielkości orbitali elektronowych na zapełnionych powłokach w atomach próbki<ref>{{Cytuj stronę |url = http://physics.nist.gov/GenInt/STM/stm.html |tytuł = Scanning Tunneling Microscope |nazwisko = Jacox |imię = Marilyn |autor2 = Gadzuk, J. William |rok = 1997 |miesiąc = November |opublikowany = National Institute of Standards and Technology |data dostępu = 2008-01-11}}</ref><ref>{{Cytuj stronę |url = http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1986/index.html |tytuł = The Nobel Prize in Physics 1986 |opublikowany = The Nobel Foundation |data dostępu = 2008-01-11}}</ref>.

Innym rodzajem mikroskopii na poziomie atomowym jest [[Mikroskop sił atomowych|mikroskopia sił atomowych]], która działa na zasadzie przemiatania ostrza nad lub pod powierzchnią próbki i pomiarze sił działających na to ostrze. W odpowiednich warunkach technika ta pozwala na rejestrację pojedynczych atomów na powierzchni próbki<ref>{{cytuj |autor = Yuri Roiter, Sergiy Minko |tytuł = AFM single molecule experiments at the solid-liquid interface: in situ conformation of adsorbed flexible polyelectrolyte chains |czasopismo = Journal of the American Chemical Society |data = 2005-11-16 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 127 |numer = 45 |s = 15688–15689 |doi = 10.1021/ja0558239 |pmid = 16277495 |język = en |dostęp = z}}</ref>.

Atomy mogą ulegać [[jonizacja|jonizacji]], tracąc lub przyłączając elektrony. Uzyskują wtedy [[ładunek elektryczny]] i można nimi sterować za pomocą pola elektrycznego i magnetycznego. W polu magnetycznym jony poruszają się po okręgach o promieniu zależnym od ich masy i ładunku, ale niezależnym od prędkości. [[Spektrometria mas]] wykorzystuje to do identyfikacji [[izotopy|izotopów]] i składów pierwiastkowych [[cząsteczka|cząsteczek]]. Jeśli badana próbka zawiera atomy różnych izotopów, spektrometr pozwala na rozdzielenie ich i określenie procentowej ich zawartości. Metoda ta umożliwia jedynie określenie ilości poszczególnych atomów w próbce, bez możliwości określenia miejsca atomu w cząsteczce<ref>{{cytuj |autor = Norbert Jakubowski, Luc Moens, Frank Vanhaecke |tytuł = Sector field mass spectrometers in ICP-MS |czasopismo = Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy |data = 1998-11 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 53 |numer = 13 |s = 1739–1763 |doi = 10.1016/S0584-8547(98)00222-5 |język = en |dostęp = z}}</ref>.

Do uzyskiwania informacji o położeniu różnych atomów w jakiejś strukturze służy [[spektroskopia strat energii elektronów]] (EELS). W technice tej wykorzystuje się [[Transmisyjny mikroskop elektronowy|elektronowy mikroskop transmisyjny]] do przepuszczania elektronów przez próbkę. Następnie mierzy się straty energii tych elektronów, wynikające z wybijania elektronów i wzbudzania drgań [[sieć krystaliczna|sieci krystalicznej]] próbki. Metoda ta pozwala na uzyskiwanie nanometrowej rozdzielczości i na trójwymiarowe obrazowanie przemieszczeń atomów w czasie femtosekund<ref>{{cytuj |autor = Erwin W. Müller, John A. Panitz, S. Brooks McLane |tytuł = The Atom-Probe Field Ion Microscope |czasopismo = Review of Scientific Instruments |data = 1968-01 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 39 |numer = 1 |s = 83–86 |doi = 10.1063/1.1683116 |język = en |dostęp = z}}</ref>. Ułożenie atomów w sieci krystalicznej można określić poprzez analizę [[Dyfrakcja|dyfrakcji]] [[Promieniowanie rentgenowskie|promieniowania rentgenowskiego]] za pomocą technik [[Rentgenografia strukturalna|rentgenografii strukturalnej]]. Uzyskane trójwymiarowe mapy gęstości elektronowych pozwalają m.in. na ustalenie struktur badanych cząsteczek, długości wiązań chemicznych i kątów między nimi<ref name=Encyklopedia>{{ET-Chemia|1}}</ref>.

Widma [[stan wzbudzony|stanów wzbudzonych]] umożliwiają analizę składu chemicznego odległych [[gwiazda|gwiazd]]. Zestaw częstotliwości występujący w tych widmach można porównywać z częstotliwościami wytwarzanymi przez odpowiednią mieszaninę gazów w [[lampa wyładowcza|lampach wyładowczych]]<ref>{{Cytuj stronę |url = http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/how_l1/spectral_what.html |tytuł = What Do Spectra Tell Us? |nazwisko = Lochner |imię = Jim |autor2 = Gibb, Meredith; Newman, Phil |data = 2007-04-30 |opublikowany = NASA/Goddard Space Flight Center |data dostępu = 2008-01-03}}</ref>. W ten sposób pierwiastek [[Hel (pierwiastek)|hel]] został odkryty w [[Słońce|Słońcu]] 23 lata przed zaobserwowaniem go na Ziemi<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.webelements.com/webelements/elements/text/He/hist.html |tytuł = Helium |nazwisko = Winter |imię = Mark |rok = 2007 |opublikowany = WebElements |data dostępu = 2008-01-03}}</ref>.

Drgania atomów w cząsteczkach chemicznych można analizować za pomocą [[Spektroskopia w podczerwieni|spektroskopii w podczerwieni]] i [[Spektroskopia Ramana|spektroskopii Ramana]], a przejścia elektronowe między dozwolonymi poziomami energetycznymi za pomocą [[Spektroskopia UV-VIS|spektroskopii w ultrafiolecie i świetle widzialnym]]. Do badania właściwości magnetycznych atomów stosowane są: [[Spektroskopia EPR|spektroskopia elektronowego rezonansu paramagnetycznego]] (EPR), [[spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego]] (NMR) i [[spektroskopia jądrowego rezonansu kwadrupolowego]] (NQR).

Pierwsze zdjęcie obrazujące położenie elektronów wewnątrz atomu wodoru zostało wykonane pod kierunkiem polskiej fizyk [[Aneta Stodólna|Anety Stodólnej]]<ref>{{Cytuj |autor = Radboud University Nijmegen |tytuł = Snapshots of atoms make it into physics textbooks |data dostępu = 2024-12-23 |opublikowany = phys.org |url = https://phys.org/news/2014-06-snapshots-atoms-physics-textbooks.html |język = en}}</ref>.

== Pochodzenie i stan obecny ==
[[Plik:Atom.png|mały|Model atomu helu, w [[Mechanika klasyczna|mechanice klasycznej]]]]
Atomy stanowią około 4% całkowitej masy-energii obserwowanego [[Wszechświat]]a, występując ze średnią gęstością około 0,25&nbsp;atomu/m³<ref>{{Cytuj stronę |url = http://map.gsfc.nasa.gov/m_uni/uni_101matter.html |tytuł = What is the Universe Made Of? |nazwisko = Hinshaw |imię = Gary |data = 2006-02-10 |opublikowany = NASA/WMAP |data dostępu = 2008-01-07}}</ref>. Wewnątrz [[galaktyka|galaktyk]], takich jak [[Droga Mleczna]], atomy występują o wiele gęściej, od 10<sup>5</sup> do 10<sup>9</sup> atomów/m³ w [[ośrodek międzygwiazdowy|ośrodku międzygwiazdowym]]<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Choppin |imię = Gregory R. |autor2 = Liljenzin, Jan-Olov; Rydberg, Jan |tytuł = Radiochemistry and Nuclear Chemistry |wydawca = Elsevier |rok = 2001 |isbn = 0750674636 |oclc = 162592180}}</ref>.

Słońce znajduje się wewnątrz [[Bąbel Lokalny|Bąbla Lokalnego]] – pustki w ośrodku międzygwiazdowym, stworzonej przez [[supernowa|supernową]], która wybuchła 2–4 miliony lat temu. Wewnątrz tego bąbla gęstość wynosi około 10³ atomów/m³<ref>{{cytuj |autor = A. F. Davidsen |tytuł = Far-ultraviolet astronomy on the astro-1 space shuttle mission |czasopismo = Science (New York, N.Y.) |data = 1993-01-15 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 259 |numer = 5093 |s = 327–334 |doi = 10.1126/science.259.5093.327 |pmid = 17832344 |język = en |dostęp = z}}</ref>. Gęstsze obszary w ośrodku międzygwiazdowym mogą [[Grawitacja|grawitacyjnie]] zapadać się, tworząc gwiazdy. Procesy zachodzące w gwiazdach z upływem czasu zwiększają ilość pierwiastków cięższych od wodoru i helu. Około 95% atomów w Drodze Mlecznej znajduje się wewnątrz gwiazd, a ich całkowita masa odpowiada za około 10% masy galaktyki<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Lequeux |imię = James |tytuł = The Interstellar Medium |url = https://archive.org/details/interstellarmedi00ryte |wydawca = Springer |rok = 2005 |isbn = 3540213260 |oclc = 133157789 |strony = [https://archive.org/details/interstellarmedi00ryte/page/n411 4]}}</ref> (za resztę odpowiada [[ciemna materia]]<ref>{{Cytuj stronę |url = https://physicsworld.com/a/the-search-for-dark-matter/ |tytuł = The search for dark matter |nazwisko = Smith |imię = Nigel |data = 2000-01-06 |opublikowany = Physics World |data dostępu = 2018-06-25}}</ref>).

=== Nukleosynteza ===
{{Osobny artykuł|Nukleosynteza}}
Zgodnie z teorią [[Wielki Wybuch|Wielkiego Wybuchu]] protony i neutrony uformowały się około jednej sekundy po powstaniu Wszechświata. W ciągu kolejnych trzech minut w wyniku [[pierwotna nukleosynteza|pierwotnej nukleosyntezy]] powstała większość [[hel (pierwiastek)|helu]], [[lit]]u i [[deuter]]u we Wszechświecie oraz prawdopodobnie część [[beryl (pierwiastek)|berylu]] i [[bor]]u<ref>{{Cytuj |autor = Ken Croswell |tytuł = Boron, bumps and the Big Bang: Was matter spread evenly when the Universe began? Perhaps not; the clues lie in the creation of the lighter elements such as boron and beryllium |url = https://www.newscientist.com/article/mg13217944-700-boron-bumps-and-the-big-bang-was-matter-spread-evenly-when-the-universe-began-perhaps-not-the-clues-lie-in-the-creation-of-the-lighter-elements-such-as-boron-and-beryllium/ |czasopismo = New Scientist |wolumin = 1794 |s = 42 |data = 1991 |data dostępu = 2021-03-29 |język = en |dostęp = o}}</ref><ref>{{cytuj |autor = C. J. Copi, D. N. Schramm, M. S. Turner |tytuł = Big-bang nucleosynthesis and the baryon density of the universe |czasopismo = Science (New York, N.Y.) |data = 1995-01-13 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 267 |numer = 5195 |s = 192–199 |doi = 10.1126/science.7809624 |pmid = 7809624}}</ref><ref>{{Cytuj |url = http://map.gsfc.nasa.gov/m_uni/uni_101bbtest2.html |tytuł = Tests of the Big Bang: The Light Elements |data = 2010-04-16 |opublikowany = NASA |data dostępu = 2021-03-29 |język = en |dostęp = z}}</ref>.

Pierwsze atomy (ze związanymi elektronami) pojawiły się około 380 tysięcy lat później, w epoce rekombinacji, gdy energia promieniowania wypełniającego przestrzeń zmalała poniżej [[Energia jonizacji|energii jonizacji]] atomów<ref>{{Cytuj stronę |url = http://web.archive.org/web/20130213023246/http://www.haydenplanetarium.org:80/universe/duguide/exgg_wmap.php |tytuł = Microwave (WMAP) All-Sky Survey |nazwisko = Abbott |imię = Brian |data = 2007-05-30 |opublikowany = Hayden Planetarium |data dostępu = 2008-01-13}}</ref>. Cięższe jądra atomowe (do [[żelazo|żelaza]]) zaczęły powstawać w wyniku [[Reakcja termojądrowa|fuzji jądrowej]] we wnętrzu gwiazd kilkaset milionów lat później<ref>{{cytuj |autor = F. Hoyle |tytuł = The Synthesis of the Elements from Hydrogen |czasopismo = Monthly Notices of the Royal Astronomical Society |data = 1946-10-01 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 106 |numer = 5 |s = 343–383 |doi = 10.1093/mnras/106.5.343 |język = en |dostęp = o}}</ref>. Niektóre izotopy, takie jak lit-6, powstawały później w wyniku [[spalacja|spalacji]] wywoływanej przez [[promieniowanie kosmiczne]]<ref>{{cytuj |autor = null Knauth, null Federman, null Lambert, null Crane |tytuł = Newly synthesized lithium in the interstellar medium |czasopismo = Nature |data = 2000-06-08 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 405 |numer = 6787 |s = 656–658 |doi = 10.1038/35015028 |pmid = 10864316 |język = en |dostęp = z}}</ref>. Pierwiastki cięższe od żelaza powstawały w wyniku eksplozji [[supernowa|supernowych]] poprzez [[proces r]] oraz we wnętrzu [[gwiazda AGB|gwiazd AGB]] poprzez [[proces s]]. Oba te procesy polegają na wychwytywaniu neutronów przez jądra atomowe<ref>{{Cytuj |autor = Stepan G. Mashnik |tytuł = On Solar System and Cosmic Rays Nucleosynthesis and Spallation Processes |czasopismo = arXiv:astro-ph|arxiv=astro-ph/0008382 |data = 2000}}</ref>. Pierwiastki takie jak [[ołów]] powstały głównie w wyniku radioaktywnego rozpadu cięższych pierwiastków<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.kgs.ku.edu/Extension/geotopics/earth_age.html |tytuł = Age of the Earth |autor = Kansas Geological Survey |archiwum = https://web.archive.org/web/20180416130527/http://www.kgs.ku.edu/Extension/geotopics/earth_age.html |data = 2005-05-04 |opublikowany = University of Kansas |zarchiwizowano = 2018-04-16 |data dostępu = 2008-01-14}}</ref>.

=== Ziemia ===
Większość atomów, z których składa się [[Ziemia]] i jej mieszkańcy, nie zmieniła swych jąder od czasu ich powstania, czyli wcześniej niż [[mgławica]], z której powstał Układ Słoneczny, zaczęła się zapadać. Niewielka liczba nowych atomów powstała w wyniku rozpadów radioaktywnych, a stosunek ich zawartości obecnie pozwala określić [[historia Ziemi|wiek Ziemi]] na podstawie [[datowanie izotopowe|datowania izotopowego]]<ref name="Manuel_2001">{{Cytuj książkę |nazwisko = Manuel |imię = Oliver |tytuł = Origin of Elements in the Solar System: Implications of Post-1957 Observations |url = https://archive.org/details/originelementsso00manu |wydawca = Springer |rok = 2001 |isbn = 0306465620 |oclc = 228374906 |strony = [https://archive.org/details/originelementsso00manu/page/407 407]–430,511–519}}</ref><ref>{{cytuj |autor = G. Brent Dalrymple |tytuł = The age of the Earth in the twentieth century: a problem (mostly) solved |czasopismo = Geological Society, London, Special Publications |data = 2001 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 190 |numer = 1 |s = 205–221 |doi = 10.1144/GSL.SP.2001.190.01.14 |język = en |dostęp = z}}</ref>. Większość [[hel (pierwiastek)|helu]] w skorupie Ziemi (około 99% znajdowanego w złożach gazów, jak wynika z niskiej zawartości <sup>3</sup>He) powstała jako cząstki alfa w [[rozpad alfa|rozpadzie alfa]]<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.mantleplumes.org/HeliumFundamentals.html |tytuł = Helium: Fundamental models |nazwisko = Anderson |imię = Don L. |autor2 = Foulger, G.R.; Meibom, Anders |data = 2006-09-02 |opublikowany = MantlePlumes.org |data dostępu = 2007-01-14}}</ref>.

Istnieje kilka pierwiastków śladowych, które nie były obecne na Ziemi na jej początku, ani nie są produktami rozpadów cięższych pierwiastków. Przykładowo <sup>14</sup>C powstaje w sposób ciągły w górnych warstwach atmosfery w wyniku zderzeń niskoenergetycznych neutronów z jądrami [[azot]]u<ref>{{Cytuj stronę |url = http://web.archive.org/web/20120112122801/http://physicsworld.com/cws/article/news/2676 |tytuł = Carbon clock could show the wrong time |nazwisko = Pennicott |imię = Katie |data = 2001-05-10 |opublikowany = PhysicsWeb |data dostępu = 2008-01-14}}</ref>. Pewna liczba nowych atomów została wytworzona sztucznie w [[reaktor jądrowy|reaktorach]] i [[Testy atomowe|wybuchach jądrowych]]<ref>{{Cytuj stronę |url = http://enews.lbl.gov/Science-Articles/Archive/elements-116-118.html |tytuł = New Superheavy Elements 118 and 116 Discovered at Berkeley Lab |nazwisko = Yarris |imię = Lynn |data = 2001-07-27 |opublikowany = Berkeley Lab |data dostępu = 2008-01-14}}</ref><ref>{{cytuj |autor = H. Diamond, P. R. Fields, C. S. Stevens, M. H. Studier, S. M. Fried, M. G. Inghram, D. C. Hess, G. L. Pyle, J. F. Mech, W. M. Manning, A. Ghiorso, S. G. Thompson, G. H. Higgins, G. T. Seaborg, C. I. Browne, H. L. Smith, R. W. Spence |tytuł = Heavy Isotope Abundances in Mike Thermonuclear Device |czasopismo = Physical Review |data = 1960-09-15 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 119 |numer = 6 |s = 2000–2004 |doi = 10.1103/PhysRev.119.2000 |język = en |dostęp = z}}</ref>. Wśród [[transuranowce|transuranowców]] (pierwiastków o liczbie atomowej powyżej 92) tylko [[pluton (pierwiastek)|pluton]] i [[neptun (pierwiastek)|neptun]] występują naturalnie na Ziemi<ref>{{Cytuj stronę |url = http://web.archive.org/web/20131028134011/http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=do-transuranic-elements-s |tytuł = Do transuranic elements such as plutonium ever occur naturally? |autor = Poston Sr., John W |data = 1998-03-23 |opublikowany = Scientific American |data dostępu = 2008-01-15}}</ref><ref>{{Cytuj |autor = C. Keller |tytuł = Natural occurrence of lanthanides, actinides, and superheavy elements |czasopismo = Chemiker Zeitung |wolumin = 97 |numer = 10 |s = 522–530 |data = 1973}}</ref>. Mają one czasy połowicznego rozpadu wielokrotnie mniejsze od czasu istnienia Ziemi<ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Zaider |imię = Marco |autor2 = Rossi, Harald H. |tytuł = Radiation Science for Physicians and Public Health Workers |url = https://archive.org/details/radiationscience0000zaid |wydawca = Springer |rok = 2001 |isbn = 0306464039 |oclc = 44110319 |strony = [https://archive.org/details/radiationscience0000zaid/page/17 17]}}</ref>, dlatego nieokreślone ich ilości mogły się w przeszłości rozpaść na lżejsze pierwiastki. Naturalnie występujące jądra plutonu i neptunu powstały w wyniku [[wychwyt neutronu|wychwytu neutronu]] przez jądra [[uran (pierwiastek)|uranu]]<ref>{{Cytuj stronę |url = https://web.archive.org/web/20120114131826/http://oklo.curtin.edu.au/index.cfm |tytuł = Oklo Fossil Reactors |opublikowany = Curtin University of Technology |data dostępu = 2008-01-15}}</ref>.

Ziemia zbudowana jest z około 1,33{{E|50}} atomów<ref name=ziemia>{{Cytuj stronę |url = http://education.jlab.org/qa/mathatom_05.html |tytuł = How many atoms are there in the world? |nazwisko = Weisenberger |imię = Drew |opublikowany = Jefferson Lab |data dostępu = 2008-01-16}}</ref>, głównie z atomów [[żelazo|żelaza]] (35% masy), [[tlen]]u (30%), [[krzem]]u (15%) i [[magnez]]u (12%)<ref name=ziemia />. [[Atmosfera Ziemi|Atmosfera ziemska]] składa się głównie z [[azot]]u (N<sub>2</sub>), tlenu (O<sub>2</sub>), [[para wodna|pary wodnej]] (H<sub>2</sub>O), [[argon]]u (Ar) i [[dwutlenek węgla|dwutlenku węgla]] (CO<sub>2</sub>). Na powierzchni Ziemi atomy tworzą wiele cząsteczek chemicznych, począwszy od prostych, jak [[woda]], [[sole]] i [[tlenki]], do bardzo złożonych, takich jak [[białka]]. Atomy tworzą też substancje nie zbudowane z sumy oddzielnych cząsteczek chemicznych, lecz tworzące struktury ciągłe, w których nie da się wydzielić poszczególnych cząsteczek – [[Metal (materiałoznawstwo)|metale]], niektóre [[Ciało krystaliczne|kryształy]] nieorganiczne, [[szkło|szkła]] i wiele innych<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.physicalgeography.net/fundamentals/contents.html |tytuł = Fundamentals of Physical Geography |nazwisko = Pidwirny |imię = Michael |opublikowany = University of British Columbia Okanagan |data dostępu = 2008-01-16}}</ref><ref>{{cytuj |autor = Don L. Anderson |tytuł = The inner inner core of Earth |czasopismo = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America |data = 2002-10-29 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 99 |numer = 22 |s = 13966–13968 |doi = 10.1073/pnas.232565899 |pmid = 12391308 |pmc = PMC137819 |język = en}}</ref><ref>{{Cytuj książkę |nazwisko = Pauling |imię = Linus |tytuł = The Nature of the Chemical Bond |wydawca = Cornell University Press |rok = 1960 |isbn = 0801403332 |oclc = 17518275 |strony = 5–10}}</ref>.

=== Rzadkie i teoretyczne atomy ===
Choć wszystkie nuklidy o liczbie atomowej większej niż 82 ([[ołów]]) są radioaktywne, teoretyczne modele przewidują istnienie „[[wyspa stabilności|wyspy stabilności]]” – zbioru pierwiastków o liczbach atomowych powyżej 103, które miałyby stosunkowo stabilne izotopy<ref>{{Cytuj |tytuł = Second postcard from the island of stability |url = https://cerncourier.com/second-postcard-from-the-island-of-stability/ |czasopismo = CERN Courier |data = 2001-10-02 |data dostępu = 2021-03-29}}</ref>. Najbardziej stabilnym pierwiastkiem w tym zbiorze miałby być niezsyntetyzowany dotychczas [[unbiheks]], o 126 protonach i 184 neutronach w jądrze<ref>{{Cytuj |autor = Mitch Jacoby |tytuł = As-yet-unsynthesized superheavy atom should form a stable diatomic molecule with fluorine |url = http://pubs.acs.org/cen/news/84/i10/8410notw9.html |czasopismo = Chemical & Engineering News |wolumin = 84 |numer = 10 |s = 19 |data = 2006 |data dostępu = 2021-03-29}}</ref>.

== Układy cząstek podobne do atomów ==
=== Atomy egzotyczne ===
{{Osobny artykuł|atom egzotyczny}}
Sztucznie wytworzono też pewne egzotyczne atomy, w których proton, neutron albo elektron zastąpiono inną cząstką o takim samym ładunku. Przykładowo zastępując w atomie wodoru elektron przez [[mion]] uzyskuje się ''atom mionowy''<ref>{{cytuj |autor = Roger Barrett, Habatwa Mweene Daphne Jackson |tytuł = The strange world of the exotic atom |data dostępu = 2021-03-29 |url = https://www.newscientist.com/article/mg12717284-600/ |czasopismo = New Scientist |wolumin = 1728 |s = 77–115 |data = 1990}}</ref><ref>{{cytuj |autor = Paul Indelicato |tytuł = Exotic Atoms |czasopismo = Physica Scripta |data = 2004 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = T112 |numer = 1 |s = 20 |doi = 10.1238/Physica.Topical.112a00020 |język = en |dostęp = z}}</ref><ref>{{Cytuj stronę |url = https://www.aps.org/publications/apsnews/199807/experiment.cfm |tytuł = Recent Experiments on Exotic Atoms |nazwisko = Ripin |imię = Barrett H. |rok = 1998 |miesiąc = July |opublikowany = American Physical Society |data dostępu = 2008-02-15}}</ref>, zaś zastępując proton przez antymion (mion dodatni) uzyskuje się ''[[mionium]]''<ref>{{Encyklopedia Britannica |id = science/muonium |tytuł = muonium |data dostępu = 2010-11-13}}</ref>.

Atom, w którym zwykłe jądro atomowe zostało zastąpione przez [[hiperjądro]], nazywa się ''hiperatomem''. Hiperjądra zawierają oprócz protonów i neutronów także cięższe [[bariony]], zwane [[hiperony|hiperonami]]. Takie jądra mają zwykle czas życia rzędu 10<sup>−10</sup>&nbsp;s i mniejszy, jednak wystarczająco długi, aby można je było obserwować. Znane są jądra zawierające hiperon [[lambda (cząstka)|Λ<sup>0</sup>]] i [[sigma (cząstka)|Σ<sup>−</sup>]].

Jeszcze innym rodzajem cząstki jest [[pozytonium]] (oznaczane symbolem Ps), układ związany złożony z [[pozyton]]u i elektronu. Posiada ono szereg stanów energetycznych podobnych do atomu wodoru, ale ze względu na znacznie niższą masę częstości przejść między stanami energetycznymi są o ponad połowę mniejsze (stan podstawowy ma energię −6,8&nbsp;eV)<ref>{{cytuj stronę |url = http://budker.berkeley.edu/Physics138/TzuCheng_Positronium.pptx |tytuł = Positronium (Ps) |nazwisko = Tzu-Cheng |imię = Chuang |strony = 54 |data dostępu = 2010-10-30}}</ref>. Pozytonium ulega [[anihilacja|anihilacji]], ale w 2007 roku dowiedziono eksperymentalnie, że jest zdolne utworzyć molekułę „dwuatomową” Ps<sub>2</sub><ref>{{cytuj stronę |url = http://www.physorg.com/news108822085.html |tytuł = Molecules of positronium observed in the lab for the first time |opublikowany = Physorg.com |data = 2007-09-12 |data dostępu = 2010-10-30}}</ref>.

=== Antyatomy ===
{{Osobny artykuł|antyatom}}
Każdy [[Fermiony|fermion]] posiada odpowiadającą jej [[antymateria|antycząstkę]] o przeciwnym ładunku. Ponieważ takie antycząstki [[anihilacja|anihilują]] w zetknięciu ze [[Zwykła materia|zwykłą materią]], nie obserwuje się ich w przyrodzie<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www-news.uchicago.edu/releases/99/990301.ktev.shtml |tytuł = Fermilab Physicists Find New Matter-Antimatter Asymmetry |nazwisko = Koppes |imię = Steve |data = 1999-03-01 |opublikowany = University of Chicago |data dostępu = 2008-01-14}}</ref><ref>{{Cytuj stronę |url = http://web.archive.org/web/20160303223719/http://news.harvard.edu/gazette/2001/08.16/antimatter.html |tytuł = A lifetime of trillionths of a second: Scientists explore antimatter |nazwisko = Cromie |imię = William J. |data = 2001-08-16 |opublikowany = Harvard University Gazette |data dostępu = 2008-01-14}}</ref>. Jednak w 1996 roku udało się sztucznie wytworzyć kilka atomów [[antywodór|antywodoru]] w laboratorium [[CERN]]<ref>{{cytuj |autor = Tom W. Hijmans |tytuł = Cold antihydrogen |czasopismo = Nature |data = 2002-10-03 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 419 |numer = 6906 |s = 439–440 |doi = 10.1038/419439a |pmid = 12368837 |język = en |dostęp = z}}</ref><ref>{{Cytuj stronę |url = http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/2375717.stm |tytuł = Researchers ‘look inside’ antimatter |autor = Staff |data = 2002-10-30 |opublikowany = BBC News |data dostępu = 2008-01-14}}</ref>. Dopiero w 2010 roku spułapkowano wytworzone atomy antywodoru<ref name="pmid21085118">{{cytuj |autor = G.B. Andresen, M.D. Ashkezari, M. Baquero-Ruiz, W. Bertsche, P.D. Bowe, E. Butler, C.L. Cesar, S. Chapman, M. Charlton, A. Deller, S. Eriksson, J. Fajans, T. Friesen, M.C. Fujiwara, D.R. Gill, A. Gutierrez, J.S. Hangst, W.N. Hardy, M.E. Hayden, A.J. Humphries, R. Hydomako, M.J. Jenkins, S. Jonsell, L.V. Jørgensen, L. Kurchaninov, N. Madsen, S. Menary, P. Nolan, K. Olchanski, A. Olin, A. Povilus, P. Pusa, F. Robicheaux, E. Sarid, S. Seif el Nasr, D.M. Silveira, C. So, J.W. Storey, R.I. Thompson, D.P. van der Werf, J.S. Wurtele, Y. Yamazaki |tytuł = Trapped antihydrogen |czasopismo = Nature |data = 2010-12-02 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 468 |numer = 7324 |s = 673–676 |doi = 10.1038/nature09610 |pmid = 21085118 |język = en |dostęp = z}}</ref>, w 2012 roku zaproponowano metodę chłodzenia atomów antywodoru do temperatur rzędu milikelwinów<ref name="P2013">{{cytuj |autor = P H Donnan, M C Fujiwara, F Robicheaux |tytuł = A proposal for laser cooling antihydrogen atoms |czasopismo = Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics |data = 2013-01-28 |data dostępu = 2021-03-29 |wolumin = 46 |numer = 2 |s = 025302 |doi = 10.1088/0953-4075/46/2/025302 |dostęp = z}}</ref>.

== Uwagi ==
{{Uwagi}}

== Przypisy ==
{{Przypisy}}

== Linki zewnętrzne ==
{{Siostrzane projekty
 |commons = Atom
 |słownik = atom
 |cytaty = Atom
}}
* [http://wazniak.mimuw.edu.pl/index.php?title=PF_Modu%C5%82_18 Podstawowe informacje o budowie atomu]
* {{Cytuj stronę |url = http://dl.clackamas.edu/ch104-07/atomic_size.htm |tytuł = Atomic Size |nazwisko = Francis |imię = Eden |rok = 2002 |opublikowany = Clackamas Community College |archiwum = https://web.archive.org/web/20160815010854/http://dl.clackamas.edu/ch104-07/atomic_size.htm |zarchiwizowano = 2016-08-15 |data dostępu = 2007-01-09}}
* {{Cytuj stronę |url = http://www.howstuffworks.com/atom.htm |tytuł = How Atoms Work |nazwisko = Freudenrich |imię = Craig C. |opublikowany = How Stuff Works |data dostępu = 2007-01-09}}
* {{Cytuj stronę |url = http://en.wikibooks.org/wiki/FHSST_Physics/Atom |tytuł = The Atom |praca = Free High School Science Texts: Physics |opublikowany = Wikibooks |data dostępu = 2010-07-10}}
* {{Cytuj stronę |url = http://web.archive.org/web/20160313064850/http://scienceaid.co.uk/chemistry/fundamental/atom.html |tytuł = The atom |rok = 2007 |opublikowany = Science aid+ |data dostępu = 2010-07-10}}
* {{Cytuj stronę |url = http://www.bbc.co.uk/dna/h2g2/A6672963 |tytuł = Atoms and Atomic Structure |data = 2006-01-03 |opublikowany = BBC |data dostępu = 2007-01-11}}
* {{Cytuj stronę |url = http://www.hydrogenlab.de/elektronium/HTML/einleitung_hauptseite_uk.html |tytuł = What does an atom look like? |data = 2006-02-03 |opublikowany = University of Karlsruhe |data dostępu = 2008-05-12}}

{{Modele atomów}}
{{Cząstki elementarne}}

{{Kontrola autorytatywna}}

[[Kategoria:Atomy| ]]