El átomo, derivado de una palabra griega que se traduce libremente como «aquello que no se puede dividir», se considera ampliamente como la unidad fundamental de toda la materia. Los átomos consisten en partículas subatómicas llamadas protones, neutrones y electrones, los dos primeros residen en el núcleo del átomo y representan casi toda su masa, y los electrones están confinados a los orbitales en el borde del átomo. El número de protones en los átomos naturales varía de 1 a 92; estos átomos diferentes corresponden a elementos que tienen propiedades electroquímicas diferentes debido a sus masas variables y la disposición única de sus diminutas partículas constituyentes en el espacio.

Los átomos son partículas extremadamente pequeñas y no se pueden dividir más excepto por medios extraordinarios. Piensa en las piezas que componen un rompecabezas. Técnicamente, estos pueden separarse en piezas más pequeñas de cartón y papel destruyéndolas, pero a efectos prácticos, estas piezas son los elementos fundamentales e indivisibles de los rompecabezas.

Los átomos consisten en protones, que llevan una carga eléctrica positiva; electrones, que llevan una carga negativa; y neutrones, que no llevan carga. Así, en un átomo ordinario, eléctricamente neutro, el número de protones y el número de electrones es igual.

La masa atómica de un átomo es aproximadamente igual al número de protones más el número de electrones, ya que la masa de los electrones es prácticamente despreciable.

El protón es, en efecto, la partícula índice de cualquier átomo. Es el número de protones en un átomo lo que determina la identidad del elemento al que pertenece un átomo; en otras palabras, si dos átomos tienen diferente número de protones, no son el mismo elemento.

El número de protones en un elemento determina su número atómico, Z. El hidrógeno es el elemento más liviano y tiene un protón (Z = 1); el uranio es el elemento natural más pesado y tiene 92 protones (Z = 92). Cada protón, al que se le asigna una masa de 1,00728 unidades de masa atómica (uma), tiene una carga designada como +1.

Los átomos pueden existir con solo un protón en su núcleo, como es el caso de los átomos de hidrógeno. Sin embargo, un núcleo sin al menos un protón acompañante no es un átomo.

Los neutrones tienen un tamaño similar al de los protones, con un amu de 1,00867, y también habitan en el núcleo de los átomos. El número de neutrones en un átomo en la configuración más estable de un elemento suele ser mayor que el número de protones, y esta disparidad aumenta a medida que aumenta el número atómico. Un átomo de hidrógeno, por ejemplo, tiene un protón pero no neutrones, mientras que un átomo de helio tiene dos de cada uno. El estaño, por su parte, tiene 50 protones y 69 neutrones, mientras que el uranio tiene 92 y 146 respectivamente.

El número de protones más neutrones en un átomo es su número de masa, M. Por lo tanto, el número de neutrones en un átomo es su número de masa atómica menos su número atómico, o M – Z.

Si un átomo gana o pierde neutrones, sigue siendo el mismo elemento pero se convierte en un isótopo de ese elemento. Los diferentes isótopos se identifican agregando una M a la esquina superior izquierda de la abreviatura de ese elemento. Por ejemplo, ¹⁴C es un isótopo de carbono (Z = 6) que tiene ocho neutrones en lugar de los seis habituales.

Los electrones son partículas diminutas (0,000549 uma) cargadas negativamente que se describen como orbitando los protones y neutrones que forman el núcleo de un átomo, a la manera de los planetas que orbitan alrededor del sol. Sin embargo, esta es una descripción aproximada en el mejor de los casos, ya que los avances en la física cuántica han llevado al concepto de orbitales discretos alrededor del núcleo entre los cuales los electrones pueden «saltar». Estos orbitales corresponden a diferentes niveles de energía electromagnética y reciben nombres como s, p, d y f. El movimiento de los electrones se debe a que tienen una carga de -1 y son atraídos por el núcleo cargado positivamente.

Normalmente, el número de electrones en un átomo es igual a Z, lo que hace que estos átomos sean neutrales en la carga general. Algunos átomos tienen diferente número de protones y electrones, lo que da como resultado una carga neta positiva o negativa. Estos átomos se llaman iones.