Atom elementlerin temel birimidir. Kimyasal özelliği olan en küçük şeydir. Her biri kendi ismine, atom kütlesine ve boyutuna göre bir çok farklı atom türü vardır. Bu farklı atomlara kimyasal elementler denir. Bu elementler periyodik tabloda düzenlenmiştir. Örnek olarak hidrojen ve altın verilebilir.
 |
| Periyodik tablo |
Atomlar çok küçüktürler; ama kesin bir şey söyleyebilmek için elementi bilmek gerekir. Atomlar 0.1 ila 0.5 nanometre arasında genişliğe sahiptirler. 1 nanometre insan saçının 100.000’de 1’i kadardır. Bu yüzden özel araçlar olmadan atomları görmek imkansızdır. Biliminsanları deneyler aracılığıyla atomların nasıl çalıştıklarını ve diğer atomlarla ilişkilerini anlamaya çalışırlar.
Atomlar bir araya gelerek molekülleri oluştururlar. Örneğin iki hidrojen atomu ve bir oksijen atomu su molekülünü oluşturur. Atomların bir araya gelmesine kimyasal reaksiyon denir.
Atomlar (pozitif yüklü) proton, (yüksüz) nötron ve (negatif yüklü) elektron parçacıklarından meydana gelirler. Protonlar ve nötronlar ağırdırlar ve atomun çekirdeğinde yani merkezinde bulunurlar. Bunların etrafında çok daha hafif olan bir elektron bulutu vardır. Elektromanyetik kuvvetle atomun çekirdeğine bağlıdırlar. Protonların ve nötronların sayısı atom ağırlığını belirler.
Atomlar gaz halindeyken sıvı ve katı katı hallerine göre hareket etmekte özgür olduklarından daha hızlı hareket ederler. Katı maddelerde atomlar birbirlerine çok sıkı bağlanmışlardır; bu yüzden titreşirler. Ancak hiç yer olmadığı için hareket edemezler.
Atomun Yapısı
Kompleks atomlar üç ana parçacıktan oluşurlar: Proton, nötron, elektron. Hidrojen atomu izotopu Hidrojen-1’in hiç nötronu yoktur; sadece bir proton ve bir elektrondan oluşur. Pozitif hidrojen iyonunun ise hiç elektronu yoktur; bir proton ve bir nötrondan oluşur. Bu iki örnek her atomun bir elektronu, bir nötronu ve bir protonu olduğu kuralının istisnasıdır.
Atomun içindeki üç parçacıktan en küçüğü olan elektronun kütlesini ve boyutunu şu anki teknolojiyle ölçmek mümkün değildir. Elektronlar negatif yüklüdür. Proton ve nötronların ise boyutları ve ağırlıkları benzerdir; protonlar pozitif yüklüykeni nötronlar yüksüzdür. Atomların çoğunluğu nötrdür; çünkü içindeki proton ve elektron sayıları eşittir. Ancak (farklı elektron sayılarına sahip) iyonlarda durum her zaman böyle değildir; pozitif ya da negatif atomla karşılaşabiliriz. Protonlar ve nötronlar aşağı ve yukarı türleri bulunan kuarklardan oluşurlar. Bir protonda iki yukarı kuark ve bir aşağı kuark vardır. Nötronda ise iki aşağı kuark ve bir yukarı kuark vardır.
 |
| Kuarklar |
Çekirdek atomun merkezidir. Proton ve nötronlardan oluşur. Doğada genellikle aynı yüke sahip iki şey birbirini iter. Bu yüzden uzun bir süre için aynı yüke sahip protonların atom çekirdeğinde nasıl bir arada kaldığı biliminsanları için bir gizem olarak kaldı. Bunu gluon denen parçacığın keşfiyle çözdüler. Bu isim İngilizcedeki glue (yapıştırmak) sözcüğünden gelir; çünkü bir yapıştırıcı gibi güçlü etkileşimi kullanarak protonları bir arada tutarlar. Ayrıca protonları oluşturan protonlar ve nötronların içindeki kuarkları bir arada tutanda bu güçlü etkileşim ya da güçlü nükleer kuvvettir.
Protonlara oranla nötronların sayısı çekirdeğin kararlı mı olacağını yoksa radyoaktif bozunmaya mı uğrayacağını belirler. Çok fazla proton ya da nötron olduğunda atom fazladan parçacıklardan kurtularak sayılarını eşitlemek ister. Bunu da alfa, beta ya da gama bozunması formunda radyasyon yararak yapar. Ancak çekirdekler başka türlü de değişebilirler. Örneğin nükleer fisyonda atom çekirdeği daha küçük çekirdekler yaratarak ikiye ayrılır ve ortaya çok büyük miktarda enerji çıkar. Ortaya çıkan bu enerji nükleer enerji formunda bombaları ve elektriği mümkün kılan şeydir. Çekirdeklerin değişebileceği bir başka yol ise nükleer füzyondur. Füzyonda iki atom bir araya gelerek daha ağır bir atom oluştururlar. Ancak bunun gerçekleşebilmesi aynı yüke sahip protonların elektrostatiğini aşabilecek çok büyük miktarda enerji gerektirir. Bu yüksek enerjiler de yakıt için hidrojen atomlarını füzyona sokabilecek bizim Güneş‘imiz gibi yıldızlarda bulunur.
Elektronlar atom çekirdeğini yörünge alırlar. Buna da elektron bulutu denir. Elektromanyetik kuvvet nedeniyle çekirdeğe bağlıdırlar. Elektronlar negatif yüke, çekirdekler ise pozitif yüke sahip olduklarından birbirlerini çekerler. Çekirdeğin etrafındaki elektronlardan bazıları çekirdeğe daha yakınken diğerleri uzaktır. Bulundukları yerlere de elektron kabuğu denir. Atomların çoğunda ilk kabukta iki elektron vardır. İstisnalar nadiren görülür ve tahmin etmesi zordur. En uzaktaki elektronun üzerindeki çekirdek çekim kuvveti en az olandır. Bu yüzden büyük atomların tepkimeye girmesi daha kolaydır. Çekirdeğin elektromanyetizması elektronlarını tutabilmek için yeterince güçlü değildir ve daha küçük atomların çekimleriyle elektronlarını kaybederler.
Radyoaktif Bozunma
Bazı elementlerin ve pek çok izotopun kararsız çekirdeği vardır. Yani ya çekirdek kendini bir arada tutamayacak kadar büyüktür ya da çok fazla protonu veya nötronu vardır. Böyle olunca çekirdeğin fazla kütleden ve parçacıklardan kurtulması gerekir. Buna radyasyon denir. Bunu gerçekleştiren atom da radyoaktiftir. Kararsız atomlar kendisini kararlı yapacak kadar kütleden/parçacıklardan kurtulana değin radyoaktif olmaya devam ederler. 82 atom numarasının üzerindeki tüm atomlar radyoaktiftir.
Radyoaktif bozunmanın alfa, beta ve gamma olmak üzere üç türü vardır:
- Alfa bozunması atom iki nötronundan ve iki protonundan kurtulduğunda gerçekleşir. Böylelikle atom numarası iki sayı azalır. Örneğin atom numarası 4 olan berilyum alfa bozunmasına uğradığında, atom numarası 2 olan helyum oluşur. Alfa bozunması atom çok büyük olduğunda ve kütlesinin bir kısmından kurtulması gerektiğinde gerçekleşir.
- Beta bozunması nötronun protona ya da protonun nötrona dönüşmesiyle gerçekleşir. İlk durumda atom bir elektronundan kurtulur. İkinci durumda ise (elektron gibi olan ama pozitif yüke sahip) pozitronundan kurtulur. Sonucunda da atom numarası 1 fazla ya da 1 az olan yeni bir atom oluşur. Beta bozunması çekirdekte çok fazla proton ya da çok fazla nötron olduğunda gerçekleşir.
- Gama bozunması atom gama ışını ya da dalgası yaydığında gerçekleşir. Sebebi atom çekirdeğinde meydana gelen enerji değişikliğidir; yani çekirdekte alfa ya da beta bozunması gerçekleşmiştir. Atomda, kütlesinde ya da numarasında değişiklik yoktur; sadece içerideki fazla enerji çekirdeğin dışına çıkar.