ดูต้นฉบับสำหรับ อะตอม

{{ความหมายอื่น}}
{{บทความคัดสรร}}
{{Infobox
| above = อะตอม
| abovestyle = background-color:#B5B5CC;
| headerstyle = background-color:#B5B5CC;
| image = [[ไฟล์:Helium atom QM.svg|300px|right|Helium atom ground state.]]
| caption = ภาพวาดอะตอมของ[[ฮีเลียม]] แสดงให้เห็น[[นิวเคลียสอะตอม|นิวเคลียส]] (จุดสีชมพู) และการกระจายตัวของ[[เมฆอิเล็กตรอน]] (สีดำ) นิวเคลียสของฮีเลียม-4 (บนขวา) ในความเป็นจริงมีลักษณะเป็นทรงกลมที่สมมาตรและคล้ายกับเมฆอิเล็กตรอนมาก แต่ไม่จำเป็นเสมอไปสำหรับนิวเคลียสอื่น ๆ ที่ซับซ้อนกว่านี้ แถบสีดำด้านซ้ายล่างแสดงความยาวหนึ่ง[[อังสตรอม]] ({{val|e=-10|u=m}} หรือ 100 [[พิโคเมตร|pm]])

| header1 = ประเภท
| data2 =การแบ่งส่วนที่ถือว่าเล็กที่สุดของธาตุเคมี
| header3 = คุณสมบัติ
| label4 = [[มวลอะตอม|พิสัยมวล]]
| data4  = {{val|1.67|e=-27}} ถึง {{val|4.52|e=-25|u=kg}}
| label5 = [[ประจุไฟฟ้า]]
| data5  = ศูนย์ (เป็นกลาง), หรือมีประจุ[[ไอออน]]
| label6 = พิสัย[[เส้นผ่านศูนย์กลาง]]
| data6  =ตั้งแต่ 62&nbsp;pm ([[ฮีเลียม|He]]) ถึง 520&nbsp;pm ([[ซีเซียม|Cs]]) ([[รัศมีอะตอมของธาตุ (หน้าข้อมูล)|หน้าข้อมูล]])
| label7 = [[อนุภาคที่เล็กกว่าอะตอม|องค์ประกอบ]]
| data7  = [[อิเล็กตรอน]] และ[[นิวเคลียสอะตอม|นิวเคลียส]]ที่มี[[โปรตอน]]กับ[[นิวตรอน]]อัดกันแน่น
}}

'''อะตอม''' หรือเดิมเรียก '''ปรมาณู'''<ref>พจนานุกรมฉบับราชบัณฑิตยสถาน พ.ศ. ๒๕๕๔</ref> ({{langx|en|atom}}; {{langx|el|άτομον}}) เป็นหน่วยพื้นฐานของ[[สสาร]] ประกอบด้วยส่วนของ[[นิวเคลียสอะตอม|นิวเคลียส]]ที่หนาแน่นมากอยู่ตรงศูนย์กลาง ล้อมรอบด้วย[[เมฆอิเล็กตรอน|กลุ่มหมอก]]ของ[[อิเล็กตรอน]]ที่มี[[ประจุไฟฟ้า|ประจุลบ]] [[นิวเคลียสอะตอม|นิวเคลียสของอะตอม]]ประกอบด้วย[[โปรตอน]]ที่มีประจุบวกกับ[[นิวตรอน]]ซึ่งเป็นกลางทางไฟฟ้า (ยกเว้นในกรณีของ [[ไฮโดรเจน-1]] ซึ่งเป็น[[นิวไคลด์]]เสถียรชนิดเดียวที่ไม่มีนิวตรอน) อิเล็กตรอนของอะตอมถูกดึงดูดอยู่กับนิวเคลียสด้วย[[แรงแม่เหล็กไฟฟ้า]] ในทำนองเดียวกัน กลุ่มของอะตอมสามารถดึงดูดกันและกันก่อตัวเป็น[[โมเลกุล]]ได้ อะตอมที่มีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากันจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า มิฉะนั้นแล้วมันอาจมีประจุเป็นบวก (เพราะขาดอิเล็กตรอน) หรือลบ (เพราะมีอิเล็กตรอนเกิน) ซึ่งเรียกว่า [[ไอออน]] เราจัดประเภทของอะตอมด้วยจำนวนโปรตอนและนิวตรอนที่อยู่ในนิวเคลียส [[เลขอะตอม|จำนวนโปรตอน]]เป็นตัวบ่งบอกชนิดของ[[ธาตุเคมี]] และ[[เลขนิวตรอน|จำนวนนิวตรอน]]บ่งบอกชนิด[[ไอโซโทป]]ของธาตุนั้น<ref>{{cite book
| editor=Leigh, G. J. | year=1990
| title=International Union of Pure and Applied Chemistry, Commission on the Nomenclature of Inorganic Chemistry, Nomenclature of Organic Chemistry - Recommendations 1990
| publisher=Blackwell Scientific Publications
| isbn=0-08-022369-9 | page=35
| location=Oxford
| quote=An atom is the smallest unit quantity of an element that is capable of existence whether alone or in chemical combination with other atoms of the same or other elements.
}}</ref>

ตามความเข้าใจในปัจจุบัน อะตอมเป็นวัตถุขนาดเล็กที่มีมวลน้อยมาก เราสามารถสังเกตการณ์อะตอมเดี่ยว ๆ ได้โดยอาศัยเครื่องมือพิเศษ เช่น [[กล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดในอุโมงค์]] มวลประมาณ 99.9% ของอะตอมกระจุกรวมกันอยู่ในนิวเคลียส<ref group="note">ไอโซโทปส่วนมากมีนิวคลีออนมากกว่าอิเล็กตรอน ในกรณีของ ไฮโดรเจน-1 ซึ่งมีอิเล็กตรอนและนิวคลีออนเดี่ยวอย่างละ 1 ตัว มีโปรตอนอยู่ <math>\begin{smallmatrix}\frac{1836}{1837} \approx 0.9995\end{smallmatrix}</math>, หรือ 99.95% ของมวลอะตอมทั้งหมด</ref> โดยมีโปรตอนและนิวตรอนเป็นมวลที่เหลือประมาณเท่า ๆ กัน อิเล็กตรอนที่โคจรรอบอะตอมจะมี[[ระดับพลังงาน]]ที่เสถียรอยู่จำนวนหนึ่งในลักษณะของ[[วงโคจรอะตอม]] และสามารถเปลี่ยนแปลงระดับไปมาระหว่างกันได้โดยการดูดซับหรือปลดปล่อย[[โฟตอน]]ที่สอดคล้องกับระดับพลังงานที่ต่างกัน อิเล็กตรอนเหล่านี้เป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางเคมีของธาตุ และมีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติทางแม่เหล็กของอะตอม อิเล็กตรอนของอะตอมถูกดึงดูดกับโปรตอนในนิวเคลียสด้วย[[แรงแม่เหล็กไฟฟ้า]] โปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียสถูกดูดเข้าหากันด้วย[[แรงนิวเคลียร์]] ปกติแรงนิวเคลียร์เข้มกว่าแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ยกเว้นในบางกรณีที่แรงแม่เหล็กไฟฟ้าเข้มกว่าแรงนิวเคลียร์ ซึ่งจะทำให้เกิดการแบ่งนิวเคลียสและเกิดเป็นธาตุใหม่ เรียกว่า [[การสลายให้กัมมันตรังสี|การสลายของนิวเคลียส]]

จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเป็น[[เลขอะตอม]] และเป็นตัวนิยามธาตุ ตัวอย่างเช่น อะตอมที่มีโปรตอน 29 ตัวจะเป็นธาตุ[[ทองแดง]] จำนวนนิวตรอนเป็นตัวระบุ[[ไอโซโทป]]ของธาตุ อะตอมสามารถดึงดูดอะตอมอื่นตั้งแต่หนึ่งอะตอมขึ้นไปเกิด[[พันธะเคมี]]เป็น[[สารประกอบเคมี]]เช่น [[โมเลกุล]]หรือ[[ผลึก]] (crystal) การรวมตัวและแยกอะตอมนี้เป็นตัวการของการเปลี่ยนแปลงเชิงกายภาพที่สังเกตได้ในธรรมชาติ วิชาที่ศึกษาเรียก [[เคมี]]

"อะตอม" มาจาก[[ภาษากรีก]]ว่า ἄτομος/átomos, α-τεμνω ซึ่งหมายความว่า "ไม่สามารถตัดแบ่งให้เล็กลงไปได้อีก" (แต่เดิมจึงถูกเรียกในภาษาไทยว่า ''ปรมาณู'')  หลักการของอะตอมในฐานะส่วนประกอบที่เล็กที่สุดของสสารที่ไม่สามารถแบ่งได้อีกต่อไป ถูกเสนอขึ้นครั้งแรกโดยนักปรัชญาชาวอินเดียและนักปรัชญาชาวกรีก ซึ่งจะตรงกันข้ามกับปรัชญาอีกสายหนึ่งที่เชื่อว่าสสารสามารถแบ่งแยกได้ไปเรื่อย ๆ โดยไม่มีสิ้นสุด (คล้ายกับปัญหา discrete หรือ continuum) ในคริสต์ศตวรรษที่ 17-18 นักเคมีเริ่มวางแนวคิดทางกายภาพจากหลักการนี้โดยแสดงให้เห็นว่าวัตถุหนึ่ง ๆ ควรจะประกอบด้วยอนุภาคพื้นฐานที่ไม่สามารถแบ่งแยกได้อีกต่อไป ระหว่างช่วงปลายคริสต์ศตวรรษที่ 19 และต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 นักฟิสิกส์ค้นพบส่วนประกอบย่อยของอะตอมและโครงสร้างภายในของอะตอม ซึ่งเป็นการแสดงว่า "อะตอม" ที่ค้นพบตั้งแต่แรกยังสามารถแบ่งแยกได้อีก และไม่ใช่ "อะตอม" ในความหมายที่ตั้งมาแต่แรก [[กลศาสตร์ควอนตัม]]เป็นทฤษฎีที่สามารถนำมาใช้สร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของอะตอมได้เป็นผลสำเร็จ<ref>{{cite web
| last=Haubold
| first=Hans
| last2=Mathai
| first2=A.M.
| year=1998
| title=Microcosmos: From Leucippus to Yukawa
| url=http://www.columbia.edu/~ah297/unesa/universe/universe-chapter3.html
| work=Structure of the Universe
| accessdate=2008-01-17
| archive-date=2008-10-01
| archive-url=https://web.archive.org/web/20081001172401/http://www.columbia.edu/~ah297/unesa/universe/universe-chapter3.html
| url-status=dead
}}</ref><ref>Harrison (2003:123–139).</ref>

== กำเนิดทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ ==
[[ไฟล์:Daltons symbols.gif|right|thumb|อะตอมและโมเลกุลหลากหลายแบบที่ [[จอห์น ดอลตัน]] (John Dalton) ได้พรรณนาไว้ใน ''A New System of Chemical Philosophy'' (1808) หนึ่งในผลงานวิทยาศาสตร์ยุคแรกสุดเกี่ยวกับทฤษฎีอะตอม]]

ไม่มีความก้าวหน้าในการทำความเข้าใจกับอะตอมเพิ่มมากขึ้นนักจนกระทั่งศาสตร์ทางด้าน[[เคมี]]เริ่มพัฒนาขึ้น ในปี ค.ศ. 1661 นักปรัชญาธรรมชาติ [[โรเบิร์ต บอยล์]] เผยแพร่งานเขียนเรื่อง ''[[The Sceptical Chymist]]'' ซึ่งเขาเห็นว่าสสารประกอบขึ้นจากส่วนประกอบหลากหลายระหว่าง "corpuscules" หรืออะตอมที่แตกต่างกัน ซึ่งต่างไปจาก[[ธาตุหลักทั้ง 4|ธาตุพื้นฐาน]]ทั้งสี่คือ อากาศ ดิน ไฟ และน้ำ<ref>Siegfried (2002:42–55).</ref> ปี ค.ศ. 1789 ขุนนางชาวฝรั่งเศสและนักวิจัยทางวิทยาศาสตร์ [[อองตวน ลาวัวซิเยร์]] กำหนดคำว่า ''ธาตุ'' (''element'') เพื่อใช้ในความหมายถึงสสารพื้นฐานที่ไม่สามารถแบ่งแยกด้วยกระบวนการทางเคมีต่อไปได้อีก<ref>
{{cite web
| date=
| title=Lavoisier's Elements of Chemistry
| url=http://web.lemoyne.edu/~GIUNTA/EA/LAVPREFann.HTML
| work=Elements and Atoms
| publisher=[[Le Moyne College]], Department of Chemistry
| accessdate=2007-12-18
}}</ref>

ปี ค.ศ. 1803 อาจารย์ชาวอังกฤษและนักปรัชญาธรรมชาติ [[จอห์น ดอลตัน]] (John Dalton) ใช้แนวคิดของอะตอมมาอธิบายว่าทำไมธาตุต่าง ๆ จึงมีปฏิกิริยาเป็นสัดส่วนของจำนวนเต็มเล็กที่สุดเสมอ คือ [[กฎสัดส่วนพหุคูณ]] (law of multiple proportion) และทำไมก๊าซบางชนิดจึงสลายตัวในน้ำได้ดีกว่าสารละลายอื่น เขาเสนอว่าธาตุแต่ละชนิดประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียวกันที่ไม่เหมือนใคร และอะตอมเหล่านี้สามารถรวมตัวเข้าด้วยกันได้กลายเป็นสารประกอบทางเคมี<ref>Wurtz (1881:1–2).</ref><ref>Dalton (1808).</ref> สิ่งที่ดอลตันกำลังคำนึงถึงนี้เป็นจุดกำเนิดแรกเริ่มของ[[ทฤษฎีอะตอม]]ยุคใหม่<ref>{{cite book | last = Patterson | first = Elizabeth C. | title = John Dalton and the Atomic Theory | publisher = Anchor |location = Garden City, New York | year = 1970}}</ref>

ทฤษฎีเกี่ยวกับอนุภาคอีกทฤษฎีหนึ่ง (ซึ่งเป็นส่วนขยายของ[[ทฤษฎีอะตอม]]ด้วย) เกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1827 เมื่อนักพฤกษศาสตร์ [[โรเบิร์ต บราวน์ (นักพฤกษศาสตร์)|โรเบิร์ต บราวน์]] ใช้[[กล้องจุลทรรศน์]]ส่องดูเศษฝุ่นของเมล็ดข้าวที่ลอยอยู่ในน้ำ และพบว่ามันเคลื่อนที่ไปแบบกระจัดกระจายไม่แน่นอน นี่เป็นปรากฏการณ์ที่ต่อมารู้จักกันในชื่อ [[การเคลื่อนที่แบบบราวน์]] ปี ค.ศ. 1877 J. Desaulx เสนอว่าปรากฏการณ์นี้มีสาเหตุมาจากการเคลื่อนของความร้อนในโมเลกุลน้ำ และในปี ค.ศ. 1905 [[อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์]] ได้คิดค้นการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ขึ้นได้เป็นครั้งแรก<ref>{{cite journal
| last=Einstein
| first=Albert
| year=1905
| title=Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen
| journal=Annalen der Physik
| volume=322
| issue=8
| pages=549–560
| language=de
| url=http://www.zbp.univie.ac.at/dokumente/einstein2.pdf
| format=PDF
| doi=10.1002/andp.19053220806
| accessdate=2007-02-04
| archive-date=2007-07-18
| archive-url=https://web.archive.org/web/20070718202731/http://www.zbp.univie.ac.at/dokumente/einstein2.pdf
| url-status=dead
|issn = 0003-3804}}</ref><ref>Mazo (2002:1–7).</ref><ref>{{cite web
| last=Lee
| first=Y.K.
| year=1995
| author2=Hoon, K.
| title=Brownian Motion
| url=http://www.doc.ic.ac.uk/~nd/surprise_95/journal/vol4/ykl/report.html
| publisher=Imperial College
| accessdate=2007-12-18
| archive-date=2007-12-18
| archive-url=https://web.archive.org/web/20071218061408/http://www.doc.ic.ac.uk/~nd/surprise_95/journal/vol4/ykl/report.html
| url-status=dead
}}</ref> นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส [[ฌอง แปร์แรง]] ใช้งานของไอน์สไตน์เพื่อทำการทดลองระบุมวลและขนาดของอะตอม ซึ่งในเวลาต่อมาได้พิสูจน์ทฤษฎีอะตอมของดอลตัน<ref>
{{cite journal
| last=Patterson | first=G.
| year=2007
| title=Jean Perrin and the triumph of the atomic doctrine
| url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17602746
| journal=Endeavour
| volume=31 | issue=2 | pages=50–53
| doi=10.1016/j.endeavour.2007.05.003
}}</ref>

ปี ค.ศ. 1869 [[ดมีตรี เมนเดเลเยฟ]] อาศัยการค้นพบของนักวิทยาศาสตร์ยุคก่อนหน้าเช่นลาวัวซิเยร์ คิดค้นและเผยแพร่[[ตารางธาตุ]]ขึ้นเป็นครั้งแรก<ref>{{Cite web |url=http://www.iupac.org/didac/Didac%20Eng/Didac01/Content/S01.htm |title=IUPAC article on periodic table |access-date=2010-04-29 |archive-date=2008-02-13 |archive-url=https://web.archive.org/web/20080213082719/http://www.iupac.org/didac/Didac%20Eng/Didac01/Content/S01.htm |url-status=dead }}</ref> ตารางนี้ใช้เป็นตัวแทนถึงกฎการวนซ้ำ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงคุณสมบัติทางเคมีเฉพาะตัวของ[[ธาตุเคมี|ธาตุ]] ซึ่งจะ ''วนซ้ำเป็นรอบ ๆ'' ตาม[[หมายเลขอะตอม]]

=== ส่วนประกอบย่อยและทฤษฎีควอนตัม ===
[[เจ. เจ. ทอมสัน]] นักฟิสิกส์ ค้นพบอิเล็กตรอนจากการศึกษา[[รังสีแคโธด]]เมื่อปี ค.ศ. 1897 และสรุปว่ามันเป็นส่วนประกอบอยู่ในอะตอมทุกตัว ซึ่งเป็นการล้มล้างความเชื่อที่ว่าอะตอมนั้นเป็นอนุภาคเล็กที่สุดของสสารไม่สามารถแบ่งแยกได้<ref name="nobel1096">{{cite web
| year=1906
| title=J.J. Thomson
| url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1906/thomson-bio.html
| publisher=[[มูลนิธิโนเบล|Nobel Foundation]]
| accessdate=2007-12-20
}}</ref> ทอมสันแสดงหลักฐานว่า อิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบและมีมวลต่ำมากนี้กระจัดกระจายอยู่ทั่วไปในอะตอม เป็นไปได้ว่าอาจหมุนวนรอบ ๆ อะตอมเหมือนวงแหวน โดยมีประจุที่สมดุลจากการลอยตัวอยู่ในทะเลอนุภาคประจุบวกอันสม่ำเสมอ ในเวลาต่อมาแนวคิดนี้รู้จักกันในชื่อ [[แบบจำลองอะตอมของทอมสัน]] (plum-pudding model)

ปี ค.ศ. 1909 [[ฮันส์ ไกเกอร์]] และ [[เออร์เนสต์ มาร์สเดน]] ภายใต้การแนะนำของนักฟิสิกส์ [[เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด]] ทำการทดลองด้วยการยิงรังสีอัลฟาใส่แผ่นทองคำ ซึ่งเป็นที่รู้กันว่ามีอะตอมฮีเลียมประจุบวก แล้วค้นพบว่าอนุภาคมีการหักเหไปเล็กน้อยเมื่อเทียบกับมุมหักเหที่ควรจะเป็นตามที่บทความของทอมสันเคยทำนายเอาไว้ รัทเทอร์ฟอร์ดตีความการทดลองนี้ว่าเป็นการบ่งชี้ถึงประจุบวกในอะตอมหนักของทองคำ และมวลส่วนมากของมันรวมตัวกันอยู่ที่นิวเคลียสซึ่งอยู่บริเวณศูนย์กลางของอะตอม เรียกชื่อแนวคิดนี้ว่า [[แบบจำลองรัทเทอร์ฟอร์ด]]<ref>{{cite journal | last=Rutherford | first=E. | title=The Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of the Atom | url=http://ion.elte.hu/~akos/orak/atfsz/atom/rutherford_atom11.pdf | journal=Philosophical Magazine | year=1911 | volume=21 | pages=669–88 }}{{ลิงก์เสีย|date=ตุลาคม 2021 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}</ref>

ปี ค.ศ. 1913 ขณะที่นักเคมีรังสี [[เฟรเดอริค ซอดดี]] ทำการทดลองกับผลที่ได้จาก[[การสลายตัวของสารกัมมันตรังสี]] เขาค้นพบว่าดูเหมือนจะมีชนิดของอะตอมมากกว่าหนึ่งชนิดในแต่ละตำแหน่งของตารางธาตุ<ref>
{{cite web
| url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1921/soddy-bio.html
| title=Frederick Soddy, The Nobel Prize in Chemistry 1921
| publisher=[[Nobel Foundation]]
| accessdate=2008-01-18
}}</ref> [[มาร์กาเร็ต ท็อดด์]] ตั้งชื่อคำว่า [[ไอโซโทป]] ขึ้นเพื่อใช้ในความหมายถึงอะตอมที่แตกต่างกันแต่เป็นอะตอมของธาตุเดียวกัน เจ.เจ. ทอมสัน สร้างเทคนิคในการแบ่งแยกประเภทของอะตอมจากงานเกี่ยวกับแก๊สที่แตกตัวเป็นประจุ ซึ่งต่อมาได้นำไปสู่การค้นพบ[[ไอโซโทปเสถียร]]<ref>
{{cite journal
| last=Thomson | first=Joseph John
| title=Rays of positive electricity
| url=http://web.lemoyne.edu/~giunta/canal.html
| journal=Proceedings of the Royal Society
| year=1913 | volume=A 89 | pages=1–20
| doi=
}}</ref>

[[ไฟล์:Bohr Model.svg|right|thumb|200px|[[แบบจำลองของบอร์|แบบจำลองอะตอมไฮโดรเจนของบอร์]] แสดงการกระโดดของอิเล็กตรอนระหว่างวงโคจรต่าง ๆ ที่คงที่และแผ่[[โฟตอน]]ออกมาด้วยพลังงานที่ระดับความถี่เฉพาะค่าหนึ่ง]]

ขณะเดียวกันในปี ค.ศ. 1913 นักฟิสิกส์ [[นีลส์ บอร์]] เสนอรูปแบบของอิเล็กตรอนที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้น เขากล่าวว่ามันมีวงโคจรหลายระดับแตกต่างกัน และสามารถกระโดดไปมาระหว่างระดับวงโคจรต่าง ๆ ได้ แต่ไม่สามารถหมุนเป็นเกลียวเข้าออกตามใจชอบระหว่างทางได้<ref>{{cite web
| last=Stern
| first=David P.
| date=16 May 2005
| title=The Atomic Nucleus and Bohr's Early Model of the Atom
| url=http://www-spof.gsfc.nasa.gov/stargaze/Q5.htm
| publisher=[[NASA]]/[[ศูนย์การบินอวกาศก็อดเดิร์ด|Goddard Space Flight Center]]
| accessdate=2007-12-20
| archive-date=2007-08-20
| archive-url=https://web.archive.org/web/20070820084047/http://www-spof.gsfc.nasa.gov/stargaze/Q5.htm
| url-status=dead
}}</ref> อิเล็กตรอนตัวหนึ่ง ๆ จะต้องดูดซับหรือแผ่พลังงานปริมาณจำเพาะเจาะจงขนาดหนึ่งออกมาเพื่อเปลี่ยนระดับวงโคจรที่มีกำหนดตายตัวอยู่แล้ว เมื่อ[[แสง]]จากวัตถุที่ร้อนจัดวิ่งผ่าน[[ปริซึม (ทัศนศาสตร์)|ปริซึม]] มันจะสร้าง[[สเปกตรัม]]หลากสีขึ้น การปรากฏของ[[เส้นสเปกตรัม|ระดับพลังงานต่าง ๆ ที่กำหนดตายตัว]]ได้รับการอธิบายอย่างสมบูรณ์จากการเปลี่ยนระดับวงโคจรนี้<ref>
{{cite web
| last=Bohr | first=Neils | date=11 December 1922
| title=Niels Bohr, The Nobel Prize in Physics 1922, Nobel Lecture
| url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1922/bohr-lecture.html
| publisher=[[Nobel Foundation]]
| accessdate=2008-02-16
}}</ref>

[[กิลเบิร์ต นิวตัน ลูอิส]] สามารถอธิบายถึง[[พันธะเคมี]]ระหว่างอะตอมได้ในปี ค.ศ. 1916 ว่าเป็นปฏิกิริยาระหว่างอิเล็กตรอนที่เป็นส่วนประกอบภายใน<ref>{{cite journal
| last=Lewis | first=Gilbert N. | year=1916
| title=The Atom and the Molecule
| journal=[[Journal of the American Chemical Society]]
| volume=38 | issue=4 | pages=762–786
| doi=10.1021/ja02261a002
}}</ref> ดังที่[[สมบัติทางเคมี|คุณสมบัติทางเคมีของธาตุ]]เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วตามที่ปรากฏใน[[ตารางธาตุ]]<ref>Scerri (2007:205–226) </ref> ปี ค.ศ. 1919 นักเคมีชาวอเมริกัน [[เออร์วิง แลงมิวร์]] เสนอวิธีการอธิบายว่า ถ้าอิเล็กตรอนในอะตอมเชื่อมต่อกันหรือจับกลุ่มกันในลักษณะบางอย่าง กลุ่มของอิเล็กตรอนน่าจะรวมกันเป็น[[ชั้นพลังงานของอิเล็กตรอน]]รอบ ๆ นิวเคลียส<ref>
{{cite journal
| last=Langmuir | first=Irving | year=1919
| title=The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules
| journal=Journal of the American Chemical Society
| volume=41 | issue=6 | pages=868–934
| doi=10.1021/ja02227a002
}}</ref>

ปี ค.ศ. 1918 รัทเทอร์ฟอร์ดค้นพบว่าประจุบวกภายในอะตอมแต่ละตัวจะมีจำนวนเท่ากับเลขจำนวนเต็มบวกของนิวเคลียสไฮโดรเจนเสมอ เขาลงความเห็นว่าภายในนิวเคลียสมีอนุภาคประจุบวกอยู่เรียกว่า [[โปรตอน]] อย่างไรก็ดี มวลของนิวเคลียสมักจะมากกว่าเลขเหล่านี้ ทำให้คาดการณ์กันว่ามวลส่วนที่เกินไปนั้นน่าจะเป็นของอนุภาคที่มีประจุเป็นกลาง (คือ [[นิวตรอน]])

[[การทดลองของสเติร์น-เกอร์แลค]] ในปี ค.ศ. 1922 ทำให้เรามีหลักฐานเกี่ยวกับลักษณะความเป็นควอนตัมของอะตอม เมื่อลำอนุภาคอะตอมของเงินวิ่งผ่านสนามแม่เหล็กที่มีรูปร่างเฉพาะอย่างหนึ่ง ลำอนุภาคนั้นจะแยกออกไปในทิศทางของโมเมนตัมเชิงมุมของอะตอม หรือตาม[[สปิน (ฟิสิกส์)|สปิน]] เนื่องจากทิศทางนี้เกิดขึ้นแบบสุ่ม จึงคาดการณ์ว่าลำอนุภาคจะแยกออกเป็นเส้น ทว่าลำอนุภาคกลับแยกออกเป็นสองส่วนเท่านั้นตามทิศทางสปินของอะตอมว่าเป็นแบบขึ้นหรือแบบลง<ref>{{cite journal
| last=Scully | first=Marlan O. | year=1987
| title=On the theory of the Stern-Gerlach apparatus
| journal=Foundations of Physics
| volume=17 | issue=6 | pages=575–583
| doi=10.1007/BF01882788
| last2=Lamb
| first2=Willis E.
| last3=Barut
| first3=Asim
}}</ref>

ปี ค.ศ. 1924 [[หลุยส์ เดอ บรอย]] เสนอแนวคิดว่าอนุภาคทุกชนิดมีพฤติกรรมเหมือนคลื่น ปี ค.ศ. 1926 [[แอร์วิน ชเรอดิงเงอร์]]ใช้แนวคิดนี้พัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของอะตอมที่อธิบายอิเล็กตรอนในลักษณะของ[[รูปคลื่น]]สามมิติแทนที่จะเป็นอนุภาคแบบจุด ผลสืบเนื่องจากการใช้รูปคลื่นอธิบายอนุภาคคือ มันเป็นไปไม่ได้ในทางคณิตศาสตร์ที่จะทราบค่าที่แน่นอนทั้ง[[จุด (เรขาคณิต)|ตำแหน่ง]]และ[[โมเมนตัม]]ของอนุภาคในเวลาเดียวกัน ในเวลาต่อมาแนวคิดนี้เป็นที่รู้จักในชื่อ [[หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนแบร์ก|หลักแห่งความไม่แน่นอน]] ซึ่งเรียบเรียงขึ้นโดย [[แวร์เนอร์ ไฮเซนแบร์ก]] ในปี ค.ศ. 1926 จากหลักการนี้ ถ้ากำหนดตำแหน่งที่แน่นอนของอนุภาคแล้วจะสามารถทราบเพียงขอบเขตที่เป็นไปได้ของโมเมนตัม ในทำนองกลับกันก็เช่นเดียวกัน แบบจำลองนี้สามารถใช้อธิบายผลสังเกตการณ์พฤติกรรมของอะตอมแบบที่แบบจำลองอื่น ๆ ก่อนหน้าไม่สามารถอธิบายได้ เช่นโครงสร้างของอะตอมและรูปแบบ[[เส้นสเปกตรัม|สเปกตรัม]]ของอะตอมที่มีขนาดใหญ่กว่าไฮโดรเจน ดังนั้นแบบจำลองของอะตอมที่คล้ายคลึงกับแบบจำลองดาวเคราะห์จึงถูกละทิ้งไป หันไปใช้แบบจำลองที่อธิบายถึงโซน[[ออร์บิทัล (เคมี)|วงโคจรในอะตอม]]ที่อยู่รอบ ๆ นิวเคลียสอันเป็นบริเวณที่น่าจะสังเกตพบอิเล็กตรอนมากที่สุด<ref>
{{cite web
| last=Brown | first=Kevin | year=2007
| url=http://www.mathpages.com/home/kmath538/kmath538.htm
| title=The Hydrogen Atom
| publisher=MathPages
| accessdate=2007-12-21
}}</ref><ref>
{{cite web
| last=Harrison | first=David M. | year=2000
| title=The Development of Quantum Mechanics | url=http://www.upscale.utoronto.ca/GeneralInterest/Harrison/DevelQM/DevelQM.html
| publisher=University of Toronto
| accessdate=2007-12-21
}}</ref>

การพัฒนาของเครื่องวิเคราะห์มวล (mass spectrometer) ทำให้สามารถตรวจวัดมวลที่แน่นอนของอะตอมได้ อุปกรณ์นี้อาศัยแม่เหล็กในการเบี่ยงเบนวิถีของลำอนุภาคไอออน และตรวจวัดปริมาณการหักเหจากอัตราส่วนระหว่างมวลอะตอมกับประจุของมัน นักเคมี [[ฟรานซิส วิลเลียม แอสตัน]]ใช้เครื่องมือนี้เพื่อแสดงให้เห็นว่าไอโซโทปมีมวลที่ต่างออกไป [[มวลอะตอม]]ของไอโซโทปเหล่านี้จะแปรค่าไปเป็นจำนวนเต็มบวก เรียกว่า [[กฎของเลขจำนวนเต็ม]] (whole number rule) <ref>
{{cite journal
| last=Aston | first=Francis W. | year=1920
| title=The constitution of atmospheric neon
| journal=Philosophical Magazine
| volume=39 | issue=6 | pages=449–55
| doi=
}}</ref> การอธิบายไอโซโทปที่แตกต่างเหล่านี้ต้องรอไปอีกจนกระทั่งมีการค้นพบ[[นิวตรอน]] หรืออนุภาคที่มีประจุเป็นกลางซึ่งมีมวลเท่ากับ[[โปรตอน]] นักฟิสิกส์ชื่อ [[เจมส์ แคดวิค]]ค้นพบนิวตรอนในปี ค.ศ. 1932 จึงทำให้สามารถอธิบายไอโซโทปได้ในฐานะธาตุที่มีจำนวนโปรตอนเท่ากันแต่มีจำนวนนิวตรอนภายในนิวเคลียสที่แตกต่างออกไป<ref>
{{cite web
| last=Chadwick | first=James | date=12 December 1935
| title=Nobel Lecture: The Neutron and Its Properties
| url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1935/chadwick-lecture.html
| publisher=Nobel Foundation
| accessdate=2007-12-21
}}</ref>

=== ฟิชชัน ฟิสิกส์พลังงานสูง และสสารหนาแน่น ===
ปี ค.ศ. 1938 นักเคมีชาวเยอรมัน [[อ็อทโท ฮาน]] ผู้เป็นศิษย์ของรัทเทอร์ฟอร์ด ยิงนิวตรอนใส่อะตอมยูเรเนียมด้วยสมมุติฐานจะได้[[ธาตุหลังยูเรเนียม]]ออกมา แต่การทดลองทางเคมีของเขากลับให้ผลลัพธ์ออกมาเป็น[[แบเรียม]]<ref>{{cite web
| title=Otto Hahn, Lise Meitner and Fritz Strassmann
| publisher=Chemical Heritage Foundation
| work=Chemical Achievers: The Human Face of the Chemical Sciences
| url=http://www.chemheritage.org/classroom/chemach/atomic/hahn-meitner.html | accessdate=2009-09-15
}}</ref> หนึ่งปีต่อมา [[ลีเซอ ไมท์เนอร์]] กับ[[ออตโต ฟริสช์]]ผู้เป็นหลาน สามารถพิสูจน์ว่าผลลัพธ์ของฮานเป็นการทดลอง ''[[นิวเคลียร์ฟิชชัน]]'' เป็นครั้งแรก<ref>
{{cite journal
| last=Meitner | first=Lise
| last2=Frisch | first2=Otto Robert | year=1939
| title=Disintegration of uranium by neutrons: a new type of nuclear reaction
| journal=[[Nature (journal)|Nature]]
| volume=143 |pages=239
| doi=10.1038/143239a0
}}</ref><ref>{{cite web
| last=Schroeder
| first=M.
| date=
| title=Lise Meitner - Zur 125. Wiederkehr Ihres Geburtstages
| url=http://www.physik3.gwdg.de/~mrs/Vortraege/Lise_Meitner-Vortrag-20031106/
| language=de
| accessdate=2009-06-04
| archive-date=2011-07-19
| archive-url=https://web.archive.org/web/20110719034227/http://www.physik3.gwdg.de/~mrs/Vortraege/Lise_Meitner-Vortrag-20031106/
| url-status=dead
}}</ref> ปี ค.ศ. 1944 ฮานได้รับ[[รางวัลโนเบลสาขาเคมี]] แต่ไมต์เนอร์กับฟริสช์กลับไม่มีชื่อได้รับร่วมทั้งที่ฮานได้พยายามเสนอแล้ว<ref>{{cite journal
| last=Crawford
| first=E.
| year=1997
| title=A Nobel tale of postwar injustice
| url=http://md1.csa.com/partners/viewrecord.php?requester=gs&collection=TRD&recid=63212AN&q=A+Nobel+tale+of+postwar+injustice&uid=787269344&setcookie=yes
| journal=Physics Today
| volume=50
| issue=9
| pages=26-32
| doi=10.1063/1.881933
| last2=Sime
| first2=Ruth Lewin
| last3=Walker
| first3=Mark
| access-date=2010-05-02
| archive-date=2012-03-07
| archive-url=https://web.archive.org/web/20120307184456/http://md1.csa.com/partners/viewrecord.php?requester=gs&collection=TRD&recid=63212AN&q=A+Nobel+tale+of+postwar+injustice&uid=787269344&setcookie=yes
| url-status=dead
}}</ref>

ช่วงคริสต์ทศวรรษ 1950 มีการพัฒนา[[เครื่องเร่งอนุภาค]]และ[[เครื่องตรวจจับอนุภาค]] ซึ่งทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาผลกระทบจากการเคลื่อนที่ของอะตอมที่ระดับพลังงานสูง ๆ ได้<ref>
{{cite web
| last=Kullander | first=Sven | date=28 August 2001
| title=Accelerators and Nobel Laureates
| url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/articles/kullander/
| publisher=Nobel Foundation
| accessdate=2008-01-31
}}</ref> มีการค้นพบ[[ฮาดรอน]]เป็นส่วนประกอบย่อยของนิวตรอนและโปรตอน ซึ่งเป็นอนุภาคประกอบขึ้นจากชิ้นส่วนที่เล็กกว่าเรียกว่า [[ควาร์ก]] แบบจำลองมาตรฐานทางนิวเคลียร์ฟิสิกส์ได้รับการพัฒนาขึ้นจนสามารถอธิบายคุณลักษณะของนิวเคลียสได้อย่างสมบูรณ์ในรูปแบบของอนุภาคที่เล็กกว่าอะตอมและแรงต่าง ๆ ที่มีผลต่อปฏิกิริยาของอนุภาคเหล่านั้น<ref>
{{cite web
| date=17 October 1990
| title=The Nobel Prize in Physics 1990
| url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1990/press.html
| publisher=Nobel Foundation
| accessdate=2008-01-31
}}</ref>

== ส่วนประกอบของอะตอม ==
=== อนุภาคที่เล็กกว่าอะตอม ===
{{บทความหลัก|อนุภาคที่เล็กกว่าอะตอม}}

แม้คำว่า ''อะตอม'' จะมีกำเนิดจากรากศัพท์ที่มีความหมายถึงอนุภาคที่เล็กที่สุดซึ่งไม่สามารถแบ่งได้อีกต่อไป แต่การใช้งานในทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่นั้น อะตอมยังประกอบด้วย[[อนุภาคที่เล็กกว่าอะตอม]]อีกมากมาย อนุภาคที่เป็นส่วนประกอบของอะตอมได้แก่ [[อิเล็กตรอน]] [[โปรตอน]] และ[[นิวตรอน]] อย่างไรก็ดี อะตอมของ[[ไฮโดรเจน|ไฮโดรเจน-1]] นั้นไม่มีนิวตรอน และ[[ประจุไฮโดรเจน]]บวกก็ไม่มีอิเล็กตรอน

เท่าที่รู้กันในปัจจุบัน อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่มีมวลน้อยที่สุดในบรรดาอนุภาคทั้งหมด (อนุภาคที่เล็กที่สุดและมีมวลน้อยที่สุดที่ทราบในปัจจุบันคือ อนุภาคควาร์ก) ประมาณ 9.11{{e|−31}}&nbsp;kg โดยมี[[ประจุไฟฟ้า|ประจุไฟฟ้าลบ]]และมีขนาดที่เล็กเกินกว่าจะวัดได้ด้วยเทคนิคเท่าที่มีอยู่<ref>Demtröder (2002:39–42).</ref> โปรตอนมีประจุบวก และมีมวลราว 1,836 เท่าของอิเล็กตรอน คือประมาณ 1.6726{{e|−27}}&nbsp;kg แม้ว่าอาจลดลงได้จากการเปลี่ยนแปลง[[พลังงานยึดเหนี่ยว]]ของโปรตอนที่มีต่ออะตอม ส่วนนิวตรอนนั้นไม่มีประจุไฟฟ้า มีมวลราว 1,839 เท่าของมวลอิเล็กตรอน<ref>Woan (2000:8).</ref> หรือ 1.6929{{e|−27}}&nbsp;kg นิวตรอนกับโปรตอนมีขนาดพอ ๆ กันที่ประมาณ 2.5{{e|−15}}&nbsp;ม. แม้ว่า 'พื้นผิว' ของอนุภาคเหล่านี้จะไม่สามารถระบุได้อย่างชัดเจนก็ตาม<ref>MacGregor (1992:33–37).</ref>

ใน[[แบบจำลองมาตรฐาน]]ทางฟิสิกส์ ทั้งโปรตอนและนิวตรอนต่างประกอบด้วย[[อนุภาคมูลฐาน]]เรียกว่า [[ควาร์ก]] ควาร์กเป็นหนึ่งในสองชนิดของกลุ่มอนุภาค[[เฟอร์มิออน]]ซึ่งเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของสสาร องค์ประกอบอีกตัวหนึ่งคือ[[เลปตอน]] ซึ่งมีอิเล็กตรอนเป็นส่วนประกอบ ควาร์กมีอยู่ 6 ประเภท แต่ละประเภทมีประจุไฟฟ้าเป็นเศษส่วนที่แตกต่างกันคือ +2/3 หรือ −1/3 โปรตอนประกอบด้วยอัพควาร์ก 2 ตัวและดาวน์ควาร์ก 1 ตัว ขณะที่นิวตรอนประกอบด้วยอัพควาร์ก 1 ตัวและดาวน์ควาร์ก 2 ตัว ความแตกต่างนี้เป็นตัวบ่งบอกถึงความแตกต่างของมวลและประจุระหว่างอนุภาคสองชนิด ควาร์กยึดเหนี่ยวกันไว้ได้ด้วย[[อันตรกิริยาอย่างเข้ม|แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม]] ซึ่งเป็นลักษณะของ[[กลูออน]] กลูออนเป็นอนุภาคชนิดหนึ่งในตระกูล[[เกจโบซอน|เกจ]][[โบซอน]] ซึ่งเป็นอนุภาคมูลฐานทางด้านแรงปฏิกิริยาทางฟิสิกส์<ref>{{cite web
| author=Particle Data Group | year=2002
| url=http://www.particleadventure.org/
| title=The Particle Adventure
| publisher=Lawrence Berkeley Laboratory
| accessdate=2007-01-03
}}</ref><ref>{{cite web
| first=James
| last=Schombert
| date=April 18, 2006
| url=http://abyss.uoregon.edu/~js/ast123/lectures/lec07.html
| title=Elementary Particles
| publisher=University of Oregon
| accessdate=2007-01-03
| archive-date=2011-08-30
| archive-url=https://web.archive.org/web/20110830212645/http://abyss.uoregon.edu/~js/ast123/lectures/lec07.html
| url-status=dead
}}</ref>

=== นิวเคลียส ===
{{บทความหลัก|นิวเคลียสอะตอม}}

โปรตอนกับนิวตรอนที่ยึดเหนี่ยวกันภายในอะตอมหนึ่ง ๆ จะรวมกันเป็น[[นิวเคลียสอะตอม]]ขนาดเล็ก เรียกชื่อว่า [[นิวคลีออน]] รัศมีของนิวเคลียสมีค่าประมาณ <math>\begin{smallmatrix}1.07 \sqrt[3]{A}\end{smallmatrix}</math> [[เฟมโตเมตร|fm]] โดยที่ ''A'' คือจำนวนนิวคลีออนรวม<ref>Jevremovic (2005:63).</ref> นี่มีขนาดเล็กกว่ารัศมีของอะตอมมาก ประมาณ 10<sup>5</sup>&nbsp;fm นิวคลีออนยึดเหนี่ยวกันเอาไว้ด้วยแรงดึงดูดระยะใกล้ ๆ เรียกว่า [[แรงนิวเคลียร์]] ที่ระยะห่างต่ำกว่า 2.5 fm แรงนี้จะมีพลังแรงมากกว่า[[แรงไฟฟ้าสถิต]]ซึ่งทำให้ประจุโปรตอนที่เป็นบวกพยายามผลักตัวออกจากกัน<ref name=pfeffer>Pfeffer (2000:330–336).</ref>

อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันจะมีจำนวนโปรตอนเท่ากัน เรียกตัวเลขนี้ว่า [[หมายเลขอะตอม]] ในธาตุชนิดหนึ่ง ๆ อาจมีจำนวนนิวตรอนที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นตัวกำหนดค่า[[ไอโซโทป]]ของธาตุนั้น ๆ จำนวนโดยรวมของโปรตอนกับนิวตรอนเป็นตัวระบุ[[นิวไคลด์]] จำนวนนิวตรอนเทียบกับโปรตอนเป็นตัวกำหนดความเสถียรของนิวเคลียส และไอโซโทปที่ทำให้เกิด[[การสลายตัวของสารกัมมันตรังสี]]<ref>{{cite web
| last=Wenner | first=Jennifer M. | date=October 10, 2007
| url=http://serc.carleton.edu/quantskills/methods/quantlit/RadDecay.html
| title=How Does Radioactive Decay Work?
| publisher=Carleton College | accessdate=2008-01-09 }}</ref>

นิวตรอนกับโปรตอนต่างเป็น[[เฟอร์มิออน]]เพียงแต่เป็นคนละชนิด ตาม[[หลักการกีดกันของเพาลี]] คือผลจาก[[กลศาสตร์ควอนตัม|แรงควอนตัม]]ทำให้เฟอร์มิออน ''ที่เทียบเท่ากัน'' ไม่สามารถมีสถานะควอนตัมเดียวกันในเวลาเดียวกันได้ ดังนั้นโปรตอนทุกตัวในนิวเคลียสจึงต้องดำรงอยู่ในสถานะที่แตกต่างกันด้วยระดับพลังงานต่าง ๆ ของตัวเอง กฎเดียวกันนี้ยังใช้กับนิวตรอนทั้งหมดด้วย แต่ไม่ได้ห้ามโปรตอนกับนิวตรอนให้มีสถานะควอนตัมอันเดียวกัน<ref name="raymond"/>

มีความเป็นไปได้ที่นิวเคลียสของอะตอมที่มีหมายเลขอะตอมต่ำซึ่งมีจำนวนโปรตอนกับนิวตรอนต่างกัน จะลดสถานะพลังงานต่ำลงจากการสลายตัวของสารกัมมันตรังสี อันทำให้จำนวนโปรตอนกับนิวตรอนเกือบจะเท่ากัน ผลที่เกิดขึ้นทำให้อะตอมที่มีจำนวนโปรตอนกับนิวตรอนเกือบเท่ากันนั้นมีภาวะเสถียรขึ้นและไม่สลายตัว อย่างไรก็ดี ยิ่งหมายเลขอะตอมสูงขึ้น แรงผลักระหว่างโปรตอนก็จะยิ่งทำให้สัดส่วนนิวตรอนที่ต้องมีเพื่อรักษานิวเคลียสให้เสถียรต้องเพิ่มจำนวนมากขึ้น ทำให้แนวโน้มเปลี่ยนแปลงไป ด้วยเหตุนี้จึงไม่มีนิวเคลียสที่เสถียรซึ่งมีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนเท่า ๆ กันที่หมายเลขอะตอมมากกว่า Z = 20 ([[แคลเซียม]]) ยิ่ง Z มีจำนวนมากขึ้นไปสู่นิวเคลียสธาตุหนัก สัดส่วนนิวตรอนต่อโปรตอนที่ต้องมีเพื่อความเสถียรจะยิ่งเพิ่มขึ้นไปที่ประมาณ 1.5<ref name="raymond"/>

จำนวนโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียสอะตอมสามารถเปลี่ยนแปลงได้ แม้จะต้องใช้พลังงานสูงมากเพราะมีแรงยึดเหนี่ยวที่เข้มมาก ปฏิกิริยา[[นิวเคลียร์ฟิวชัน]]เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคอะตอมหลายตัวรวมตัวกันทำให้เกิดเป็นนิวเคลียสใหม่ที่หนักกว่าเดิม เช่นจากการชนกันของนิวเคลียสสองตัว ยกตัวอย่างเช่นที่แกนกลางของดวงอาทิตย์ โปรตอนต้องการพลังงาน 3–10 keV เพื่อเอาชนะแรงยึดเหนี่ยวระหว่างกัน หรือ [[กำแพงคูลอมบ์]] (coulomb barrier) แล้วหลอมรวมเข้าด้วยกันกลายเป็นนิวเคลียสเพียงอันเดียว<ref>{{cite web
| last=Mihos | first=Chris | date=July 23, 2002
| url=http://burro.cwru.edu/Academics/Astr221/StarPhys/coulomb.html
| title=Overcoming the Coulomb Barrier
| publisher=Case Western Reserve University
| accessdate=2008-02-13 }}</ref> ส่วนปฏิกิริยา[[นิวเคลียร์ฟิชชัน]]จะเกิดขึ้นในทางตรงกันข้าม คือการที่นิวเคลียสหนึ่งแตกตัวออกเป็นนิวเคลียสขนาดเล็กกว่า 2 ตัว โดยมากเกิดขึ้นจากการสลายตัวของสารกัมมันตรังสี นิวเคลียสยังอาจเปลี่ยนแปลงได้จากการยิงด้วยอนุภาคขนาดเล็กพลังงานสูง หรือโฟตอน ถ้าสามารถเปลี่ยนแปลงจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสได้ อะตอมก็จะเปลี่ยนคุณลักษณะไปเป็นธาตุชนิดอื่น<ref>{{cite web
| author=Staff
| date=March 30, 2007
| url=http://www.lbl.gov/abc/Basic.html
| title=ABC's of Nuclear Science
| publisher=Lawrence Berkeley National Laboratory
| accessdate=2007-01-03
| archive-date=2006-12-05
| archive-url=https://web.archive.org/web/20061205215708/http://www.lbl.gov/abc/Basic.html
| url-status=dead
}}</ref><ref>{{cite web
| first=Arjun | last=Makhijani| author2=Saleska, Scott
| date=March 2, 2001
| url=http://www.ieer.org/reports/n-basics.html
| title=Basics of Nuclear Physics and Fission
| publisher=Institute for Energy and Environmental Research
| accessdate=2007-01-03
}}</ref>

ถ้ามวลของนิวเคลียสหลังจากเกิดปฏิกิริยาฟิวชันมีน้อยกว่าจำนวนมวลรวมของอนุภาคขณะที่ยังแยกกัน มวลที่แตกต่างกันระหว่างค่าทั้งสองอาจจะแพร่ออกไปในลักษณะของพลังงานบางอย่าง (เช่น [[รังสีแกมมา]] หรือพลังงานจลน์ของ[[อนุภาคบีตา]]) ดังที่[[อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์]] อธิบายไว้ในสมการ[[สมมูลระหว่างมวล-พลังงาน]] ''E''&nbsp;=&nbsp;''mc''<sup>2</sup> เมื่อ ''m'' คือมวลที่สูญหายไป และ ''c'' คือ[[ความเร็วแสง]] จำนวนที่หายไปนี้เป็นส่วนหนึ่งของ[[พลังงานยึดเหนี่ยว]]ของนิวเคลียสใหม่ และเป็นการสูญเสียพลังงานแบบไม่มีวิธีย้อนกลับ ซึ่งทำให้อนุภาคที่หลอมรวมกันยังคงอยู่ในสถานะที่จำเป็นต้องใช้พลังงานในระดับนั้นเพื่อแยกตัวออกจากกัน<ref>Shultis ''et al.'' (2002:72–6).</ref>

การเกิดฟิวชันของนิวเคลียสสองตัวให้กลายเป็นนิวเคลียสเดียวที่ใหญ่ขึ้น โดยที่มีหมายเลขอะตอมต่ำกว่า[[เหล็ก]]และ[[นิกเกิล]] หรือจำนวนนิวคลีออนรวมประมาณ 60 เรียกว่า[[กระบวนการคายความร้อน]] ซึ่งจะปลดปล่อยพลังงานออกมามากกว่าพลังงานที่ต้องใช้ในการรวมตัวกัน<ref>{{cite journal
| last = Fewell | first = M. P.
| title=The atomic nuclide with the highest mean binding energy
| journal=American Journal of Physics
| year=1995 | volume=63 | issue=7 | pages=653–58
| url=http://adsabs.harvard.edu/abs/1995AmJPh..63..653F
| accessdate = 2007-02-01
| doi=10.1119/1.17828 }}</ref> กระบวนการปลดปล่อยพลังงานเช่นนี้เองที่ทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันในดาวฤกษ์ซึ่งสามารถเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง สำหรับนิวเคลียสธาตุหนัก พลังงานยึดเหนี่ยวต่อ[[นิวคลีออน]]ในนิวเคลียสเริ่มต้นลดจำนวนลง นั่นคือกระบวนการฟิวชันที่สร้างนิวเคลียสที่มีหมายเลขอะตอมสูงกว่า 26 และมวลอะตอมมากกว่า 60 เรียกว่า[[กระบวนการดูดความร้อน]] นิวเคลียสมวลมากเหล่านี้ไม่สามารถสร้างปฏิกิริยาฟิวชันต่อเนื่องที่รักษา[[สภาวะสมดุลอุทกสถิต]]ของดาวฤกษ์เอาไว้ได้<ref name="raymond">{{cite web
| last=Raymond
| first=David
| date=April 7, 2006
| url=http://physics.nmt.edu/~raymond/classes/ph13xbook/node216.html
| title=Nuclear Binding Energies
| publisher=New Mexico Tech
| accessdate=2007-01-03
| archive-date=2002-12-01
| archive-url=https://web.archive.org/web/20021201030437/http://physics.nmt.edu/~raymond/classes/ph13xbook/node216.html
| url-status=dead
}}</ref>

=== กลุ่มหมอกอิเล็กตรอน ===
{{บทความหลัก|ออร์บิทัลของอะตอม}}

อิเล็กตรอนในอะตอมถูกดึงดูดเอาไว้กับโปรตอนในนิวเคลียสด้วย[[แรงแม่เหล็กไฟฟ้า]] แรงชนิดนี้ยึดเหนี่ยวอิเล็กตรอนเอาไว้ภายใน[[หลุมพลังงาน]][[ไฟฟ้าสถิต]]ที่อยู่รอบ ๆ นิวเคลียส นั่นแสดงว่าจำเป็นต้องได้รับพลังงานจากแหล่งภายนอกเพื่อช่วยให้อิเล็กตรอนหนีออกไปได้ ยิ่งอิเล็กตรอนอยู่ใกล้กับนิวเคลียสมากเท่าใด แรงดึงดูดนี้ก็ยิ่งมากขึ้น ดังนั้นอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้ศูนย์กลางของหลุมพลังงานจำเป็นต้องใช้พลังงานมากกว่าเพื่อจะหนีออกมาได้

เช่นเดียวกับอนุภาคอื่น อิเล็กตรอนมีคุณสมบัติแบบ[[ทวิภาคของคลื่น-อนุภาค|ทวิภาค]] คือเป็นทั้งอนุภาคและเป็นทั้งคลื่น เมฆอิเล็กตรอนเป็นบริเวณภายในหลุมพลังงานที่อิเล็กตรอนแต่ละตัวจะสร้าง[[คลื่นนิ่ง]] 3 มิติประเภทหนึ่งขึ้น อันเป็นรูปคลื่นที่ไม่เคลื่อนที่ตามนิวเคลียส พฤติกรรมนี้ถูกกำหนดจาก[[ออร์บิทัลของอะตอม]] ซึ่งเป็นฟังก์ชันคณิตศาสตร์ที่แสดงคุณสมบัติความเป็นไปได้ที่อิเล็กตรอนจะปรากฏตัวขึ้นที่จุดเฉพาะหนึ่ง ๆ ขณะที่ถูกวัดตำแหน่ง<ref>{{cite journal
| last=Mulliken | first=Robert S.
| title=Spectroscopy, Molecular Orbitals, and Chemical Bonding
| journal=Science | year=1967
| volume=157 | issue=3784 | pages=13–24
| doi=10.1126/science.157.3784.13
| pmid=5338306 }}</ref> รอบ ๆ นิวเคลียสจะมีออร์บิทัลที่ไม่ต่อเนื่องกันล้อมรอบอยู่ในลักษณะของควอนตา ทั้งนี้เพราะรูปแบบคลื่นอื่นที่เป็นไปได้จะสลายตัวไปอย่างรวดเร็วเข้าสู่สถานะที่เสถียรมากกว่า<ref name=Brucat>{{cite web | last=Brucat | first=Philip J. | year=2008 | url=http://www.chem.ufl.edu/~itl/2045/lectures/lec_10.html | title=The Quantum Atom | publisher=University of Florida | accessdate=2007-01-04 | archive-date=2006-12-07 | archive-url=https://web.archive.org/web/20061207032136/http://www.chem.ufl.edu/~itl/2045/lectures/lec_10.html | url-status=dead }}</ref> ออร์บิทัลอาจมีลักษณะวงแหวนหนึ่งวง หลายวง หรือเป็นโครงสร้างโหนดก็ได้ ซึ่งมีความแตกต่างจากออร์บิทัลอื่น ๆ ทั้งด้านขนาด รูปร่าง และศูนย์กลาง<ref>{{cite web
| last=Manthey | first=David | year=2001
| url=http://www.orbitals.com/orb/
| title=Atomic Orbitals | publisher=Orbital Central
| accessdate=2008-01-21 }}</ref>

ออร์บิทัลอะตอมแต่ละแบบจะสอดคล้องกับระดับพลังงานเฉพาะของอิเล็กตรอนค่าหนึ่ง ๆ อิเล็กตรอนสามารถเปลี่ยนสถานะของมันไปยังระดับพลังงานที่สูงกว่าได้โดยการดูดซับ[[โฟตอน]]ที่มีพลังงานเพียงพอจะยกระดับตัวมันขึ้นไปสู่สถานะควอนตัมใหม่ ในทางกลับกัน กระบวนการปลดปล่อยรังสีด้วยตัวเองทำให้อิเล็กตรอนที่ระดับพลังงานสูงสามารถลดระดับพลังงานลงไปยังสถานะที่ต่ำกว่าได้ขณะที่แผ่พลังงานส่วนเกินออกไปเป็นโฟตอน คุณลักษณะของค่าพลังงานที่กำหนดจากสถานะควอนตัมที่แตกต่างกันนี้ เป็นสาเหตุของการเกิด[[เส้นสเปกตรัม]]<ref name=Brucat/>

ปริมาณพลังงานที่จำเป็นต้องใช้ (ทั้งแบบเพิ่มเข้าไปหรือปลดปล่อยออกมา) ในการเปลี่ยนสถานะของอิเล็กตรอนนี้น้อยกว่า[[พลังงานยึดเหนี่ยว|พลังงานยึดเหนี่ยวของนิวคลีออน]]มาก เช่น จำเป็นต้องใช้พลังงานเพียง 13.6 eV เพื่อให้อิเล็กตรอนจากอะตอมของไฮโดรเจนเปลี่ยนระดับลงไปยัง[[สถานะพื้น]]<ref>{{cite web
| last=Herter | first=Terry | year=2006
| url=http://astrosun2.astro.cornell.edu/academics/courses/astro101/herter/lectures/lec08.htm
| title=Lecture 8: The Hydrogen Atom
| publisher=Cornell University | accessdate=2008-02-14 }}</ref> เทียบกับพลังงาน 2.23 ''ล้าน'' eV ในการแยกนิวเคลียสของ[[ดิวเทอเรียม]]<ref>{{cite journal
| last=Bell | first=R. E.
| title=Gamma-Rays from the Reaction H<sup>1</sup> (n, γ) D<sup>2</sup> and the Binding Energy of the Deuteron
| url=https://archive.org/details/sim_physical-review_1950-07-15_79_2/page/n34 | journal=Physical Review | year=1950
| volume=79 | issue=2 | pages=282–285
| doi=10.1103/PhysRev.79.282
| last2=Elliott
| first2=L. G. }}</ref> อะตอมมีประจุเป็นกลางถ้ามันมีจำนวนโปรตอนกับอิเล็กตรอนเท่ากัน อะตอมที่มีอิเล็กตรอนมากหรือน้อยกว่าปกติเรียกว่า [[ไอออน]] อิเล็กตรอนที่อยู่ไกลจากนิวเคลียสมากอาจถ่ายโอนไปยังอะตอมข้างเคียง หรืออยู่ร่วมระหว่างสองอะตอมก็ได้ ด้วยกลไกนี้ อะตอมจึงสามารถเกิด[[พันธะเคมี]]กลายเป็น[[โมเลกุล]]และ[[สารประกอบเคมี]]อื่น ๆ เช่น การเกิดผลึกแบบ[[ไอโอนิกคริสตัล]]หรือ[[พันธะโคเวเลนต์|โคเวเลนต์]]<ref>Smirnov (2003:249–72).</ref>

โครงสร้างของเมฆอิเล็กตรอนอาจเปลี่ยนแปลงไปตามจำนวนอิเล็กตรอนที่มีในกลุ่มเมฆนั้น มีวิธีการนับจำนวนอิเล็กตรอนที่แตกต่างกันอยู่จำนวนหนึ่ง เช่น [[กฎออกเตต]] หรือ [[กฎ 18 อิเล็กตรอน]] ซึ่งโดยมากจะใช้เป็นเพียงกฎช่วยจำและไม่ได้ใช้แบบเดียวกันกับอะตอมทุกชนิด นักศึกษาใหม่ในวิชาเคมีมักถูกสอนให้จำโครงสร้างอะตอมแบบง่าย ๆ เป็น 2, 8, 8, 8, 8, 8, 8, [...] ทั้งนี้เพื่อให้ลำดับการสอนทำได้ง่ายขึ้น แต่จำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละเชลล์สำหรับอะตอมขนาดใหญ่ที่จริงแล้วมีจำนวนที่ต่างไปจากนี้ เช่น 2, 8, 18, 32, 50, 72 แต่ต้องเป็นนักศึกษาชั้นสูงจึงค่อยทำความเข้าใจกับความซับซ้อนนี้

== คุณสมบัติ ==
=== คุณสมบัติทางนิวเคลียร์ ===
ตามคำนิยามแล้ว อะตอมสองตัวที่มีจำนวน ''โปรตอน'' ในนิวเคลียสเท่ากัน จะเป็นอะตอมของ[[ธาตุเคมี|ธาตุ]]ชนิดเดียวกัน อะตอมที่มีจำนวนโปรตอนเท่ากันแต่มีจำนวน ''นิวตรอน'' แตกต่างกันจัดว่าเป็น[[ไอโซโทป]]ของธาตุเดียวกัน ตัวอย่างเช่น อะตอมของไฮโดรเจนทั้งหมดจะมีโปรตอน 1 ตัวเหมือนกัน แต่ไอโซโทปของไฮโดรเจนมีหลายชนิด ตั้งแต่แบบไม่มีนิวตรอน คือ [[อะตอมไฮโดรเจน|ไฮโดรเจน-1]], แบบนิวตรอน 1 ตัว ([[ดิวเทอเรียม]]), แบบนิวตรอน 2 ตัว ([[ทริเทียม]]) และ[[ไอโซโทปของไฮโดรเจน|ที่มีนิวตรอนมากกว่า 2 ตัว]] ไฮโดรเจน-1 เป็นรูปแบบที่พบกันแพร่หลายมากที่สุด บางคราวก็เรียกว่า โปรเทียม<ref>{{cite web
| last=Matis
| first=Howard S.
| date=August 9, 2000
| url=http://www.lbl.gov/abc/wallchart/chapters/02/3.html
| title=The Isotopes of Hydrogen
| work=Guide to the Nuclear Wall Chart
| publisher=Lawrence Berkeley National Lab
| accessdate=2007-12-21
| archive-date=2007-12-18
| archive-url=https://web.archive.org/web/20071218153548/http://www.lbl.gov/abc/wallchart/chapters/02/3.html
| url-status=dead
}}</ref> ธาตุที่เรารู้จักแล้วมีกลุ่มหมายเลขอะตอมตั้งแต่ไฮโดรเจน ซึ่งมีโปรตอน 1 ตัว ไปจนถึง [[ออกาเนสซอน]] ซึ่งเป็นธาตุที่มีโปรตอน 118 ตัว<ref>{{cite news
| last=Weiss | first=Rick | date=October 17, 2006
| title=Scientists Announce Creation of Atomic Element, the Heaviest Yet
| publisher=Washington Post
| url=http://www.washingtonpost.com/wp-dyn/content/article/2006/10/16/AR2006101601083.html
| accessdate=2007-12-21 }}</ref> ไอโซโทปของธาตุทั้งหมดที่เรารู้จักที่มีหมายเลขอะตอมมากกว่า 82 จัดเป็น[[สารกัมมันตรังสี]]<ref name=sills>Sills (2003:131–134).</ref><ref name=dume>{{cite news
| last=Dumé | first=Belle | date=April 23, 2003
| title=Bismuth breaks half-life record for alpha decay
| publisher=Physics World
| url=http://physicsworld.com/cws/article/news/17319
| accessdate=2007-12-21 }}</ref>

มีนิวไคลด์อยู่ 339 ชนิดที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติบน[[โลก]]<ref>{{cite web
| last=Lindsay
| first=Don
| date=July 30, 2000
| url=http://www.don-lindsay-archive.org/creation/isotope_list.html
| title=Radioactives Missing From The Earth
| publisher=Don Lindsay Archive
| accessdate=2007-05-23
}}{{ลิงก์เสีย|date=สิงหาคม 2024 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}</ref> ในจำนวนนี้ 256 ชนิด (ประมาณ 76%) ไม่พบการสลายตัว ซึ่งจะเรียกว่าเป็น[[ไอโซโทปเสถียร]] ในบรรดาธาตุ 80 ชนิดจะมีไอโซโทปเสถียรอย่างน้อย 1 ตัว สำหรับธาตุหมายเลข [[เทคนิเทียม|43]], [[โปรมีเทียม|61]], และทุกธาตุที่หมายเลข [[bismuth|83]] หรือสูงกว่า ไม่มีไอโซโทปที่เสถียร อาจกำหนดเป็นกฎได้ว่า สำหรับธาตุทุกชนิด มีไอโซโทปเสถียรอยู่เพียงจำนวนน้อยนิด เฉลี่ยมีไอโซโทปเสถียรประมาณ 3.1 ตัวต่อธาตุที่มีไอโซโทปเสถียร มีธาตุอยู่ 27 ชนิดที่มีไอโซโทปเสถียรเพียงตัวเดียว ขณะที่จำนวนไอโซโทปเสถียรมากที่สุดเท่าที่เคยพบคือ 10 โดยพบใน[[ดีบุก]]<ref name=CRC>CRC Handbook (2002).</ref>

ความเสถียรของไอโซโทปเกิดจากสัดส่วนระหว่างโปรตอนต่อนิวตรอน รวมไปถึง "จำนวนมหัศจรรย์" ของนิวตรอนหรือโปรตอนที่แสดงถึงระดับพลังงานควอนตัมทั้งแบบ closed และแบบ filled ระดับชั้นพลังงานควอนตัมเหล่านี้คือระดับพลังงานภายใน[[แบบจำลองชั้นพลังงานของนิวเคลียส]] ดังเช่น filled shell ของโปรตอน 50 ตัวในดีบุก แสดงถึงความเสถียรของนิวไคลด์แบบไม่ปกติ จากจำนวนนิวไคลด์เสถียรทั้งหมดที่รู้จักกัน 256 ชนิด มีเพียง 4 ชนิดเท่านั้นที่มีจำนวนโปรตอน''และ''นิวตรอนเป็นเลขคี่ ได้แก่ [[ไฮโดรเจน-2]] ([[ดิวเทอเรียม]]), [[ลิเธียม-6]], [[โบรอน-10]] และ [[ไนโตรเจน-14]] นอกจากนี้ สำหรับนิวไคลด์กัมมันต์แบบคี่-คี่ ที่มีครึ่งชีวิตมากกว่าพันล้านปี ก็มีเพียง 4 ชนิดเท่านั้นคือ [[โปแตสเซียม-40]], [[วานาเดียม-50]], [[แลนทานัม-138]] และ [[แทนทาลัม-180m]] นิวเคลียสที่มีจำนวนแบบคี่-คี่ ส่วนใหญ่จะไม่เสถียรอย่างมากโดยเกิด[[การสลายปลดปล่อยอนุภาคบีตา]] เพราะผลจากการสลายนั้นจะได้จำนวนมาเป็นแบบคู่-คู่ ซึ่งเป็นพันธะที่แข็งแรงกว่า ตาม nuclear pairing effects<ref name=CRC/>

=== มวล ===
{{บทความหลัก|มวลอะตอม|เลขมวล}}

เนื่องจากมวลส่วนมากของอะตอมอยู่ในโปรตอนและนิวตรอน ดังนั้นจำนวนรวมของอนุภาคเหล่านี้ (เรียกรวมกันว่า "นิวคลีออน") ในอะตอมหนึ่ง ๆ จึงเรียกว่าเป็น [[เลขมวล]] โดยมากมักจะแสดง[[มวลนิ่ง]]โดยใช้[[หน่วยมวลอะตอม]] (u) ซึ่งบางครั้งก็เรียกว่า ดาลตัน (Da) หน่วยนี้นิยามจาก 1 ส่วน 12 ของมวลของอะตอมอิสระที่เป็นกลางของ[[คาร์บอน-12]] ซึ่งมีค่าประมาณ 1.66{{e|−27}}&nbsp;kg<ref name=iupac/> [[ไฮโดรเจน-1]] ซึ่งเป็นไอโซโทปที่เบาที่สุดของไฮโดรเจนและเป็นอะตอมที่มีมวลน้อยที่สุด มีน้ำหนักอะตอมเท่ากับ 1.007825&nbsp;u<ref>{{cite web
| last=Chieh
| first=Chung
| date=January 22, 2001
| url=http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/nuctek/nuclideunstable.html
| title=Nuclide Stability
| publisher=University of Waterloo
| accessdate=2007-01-04
| archive-date=2007-08-30
| archive-url=https://web.archive.org/web/20070830110015/http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/nuctek/nuclideunstable.html
| url-status=dead
}}</ref> อะตอมหนึ่ง ๆ จะมีมวลโดยประมาณเท่ากับเลขมวลคูณด้วยหน่วยมวลอะตอม<ref>{{cite web
| url=http://physics.nist.gov/cgi-bin/Compositions/stand_alone.pl?ele=&ascii=html&isotype=some
| title=Atomic Weights and Isotopic Compositions for All Elements
| publisher=National Institute of Standards and Technology
| accessdate=2007-01-04 }}</ref> [[อะตอมเสถียร]]ที่หนักที่สุด คือ ตะกั่ว-208<ref name=sills/> ซึ่งมีมวล 207.9766521&nbsp;u<ref>{{cite journal
| last=Audi
| first=G.
| title=The Ame2003 atomic mass evaluation (II)
| journal=Nuclear Physics A
| year=2003
| volume=729
| pages=337–676
| url=http://www.nndc.bnl.gov/amdc/web/masseval.html
| accessdate=2008-02-07
| doi=10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003
| archive-date=2008-09-16
| archive-url=https://web.archive.org/web/20080916155656/http://www.nndc.bnl.gov/amdc/web/masseval.html
| url-status=dead
}}</ref>

ถึงแม้จะเป็นอะตอมที่มีมวลมากที่สุด มันก็ยังเบาเกินกว่าที่เราจะไปทำอะไรด้วยโดยตรงได้ นักเคมีจึงนิยมใช้หน่วย [[โมล]] แทน โมลมีนิยามว่า หนึ่งโมลของธาตุใด ๆ จะมีจำนวนอะตอมเท่ากันเสมอ (ประมาณ [[เลขอาโวกาโดร|6.022{{e|23}}]]) ที่เลือกใช้จำนวนนี้ก็เพื่อว่า ถ้าธาตุใด ๆ มีเลขอะตอมเป็น 1 u แล้ว โมลอะตอมของธาตุนั้นจะมีมวลใกล้เคียงกับ 0.001 กก. หรือ 1 กรัม อาศัยคำนิยามของ[[หน่วยมวลอะตอม]]นี้ [[คาร์บอน-12]] จึงมีมวลอะตอมเท่ากับ 12 u พอดี และหนึ่งโมลของอะตอมคาร์บอนมีน้ำหนักเท่ากับ 0.012 กก.<ref name=iupac>Mills ''et al.'' (1993).</ref><!--the reference given is available online at http://old.iupac.org/publications/books/gbook/green_book_2ed.pdf for anyone who wants to check whether this paragraph constitutes original research-->

=== รูปร่างและขนาด ===
{{บทความหลัก|รัศมีอะตอม}}

เราไม่สามารถบอกขอบเขตที่แน่นอนของอะตอมได้ การบอกขนาดของอะตอมจึงมักอธิบายในลักษณะ[[รัศมีอะตอม]] คือการวัดระยะห่างของเมฆอิเล็กตรอนที่แผ่ออกไปจากนิวเคลียส อย่างไรก็ดี การบอกระยะห่างเช่นนี้อยู่บนสมมุติฐานว่าอะตอมมีรูปร่างเป็นทรงกลม ซึ่งจะเป็นจริงก็ต่อเมื่ออะตอมนั้นอยู่ในสุญญากาศหรืออวกาศเสรีเท่านั้น รัศมีอะตอมหาได้จากระยะห่างระหว่างนิวเคลียสอะตอม 2 ตัวที่ดึงดูดกันอยู่ใน[[พันธะเคมี]] มีค่าแปรเปลี่ยนไปตามแต่ตำแหน่งของอะตอมบนแผนผังอะตอม หรือตามชนิดของพันธะเคมี จำนวนอะตอมเพื่อนบ้าน ([[เลขโคออร์ดิเนชัน]]) และ[[กลศาสตร์ควอนตัม|คุณสมบัติทางควอนตัม]]ที่เรียกว่า [[สปิน (ฟิสิกส์)|สปิน]]<ref>{{cite journal
| last = Shannon | first = R. D.
| title=Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides
| journal=Acta Crystallographica, Section a
| year=1976 | volume=32 | pages=751
| url=http://journals.iucr.org/a/issues/1976/05/00/issconts.html
| accessdate=2007-01-03
| doi=10.1107/S0567739476001551 }}</ref> ตามที่ปรากฏใน[[ตารางธาตุ]] ขนาดอะตอมมีแนวโน้มเพิ่มสูงขึ้นถ้ายิ่งอยู่ในคอลัมน์ที่ต่ำลงไปข้างล่าง แต่มีขนาดเล็กลงหากเปรียบเทียบจากด้านซ้ายไปขวา<ref>{{cite web
| last=Dong
| first=Judy
| year=1998
| url=http://hypertextbook.com/facts/MichaelPhillip.shtml
| title=Diameter of an Atom
| publisher=The Physics Factbook
| accessdate=2007-11-19
| archive-date=2011-08-21
| archive-url=https://www.webcitation.org/616Q5EP31?url=http://hypertextbook.com/facts/MichaelPhillip.shtml
| url-status=dead
}}</ref> เทียบกันแล้ว อะตอมที่มีขนาดเล็กที่สุดคืออะตอมของฮีเลียม ซึ่งมีรัศมี 32 [[พิโคเมตร]] ส่วนอะตอมใหญ่ที่สุดคือ [[ซีเซียม]] มีขนาด 225 พิโคเมตร<ref>Zumdahl (2002).</ref>

ถ้าอะตอมอยู่ในสนามพลังงานอื่น ๆ เช่น [[สนามไฟฟ้า]] รูปร่างของอะตอมจะบิดเบี้ยวไปไม่เป็นทรงกลม การเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับขนาดความแรงของสนามพลังงานและชนิดวงโคจรของอิเล็กตรอนในเชลล์นอกสุด ซึ่งแสดงไว้ใน[[ทฤษฎีกรุป]] การเปลี่ยนแปลงรูปร่างอื่น ๆ เช่นรูปทรงคริสตัล เกิดขึ้นจากสนามพลังงานไฟฟ้า-คริสตัล ในการก่อตัว[[โครงสร้างผลึก|แบบสมมาตรต่ำ]]<ref>{{cite journal
| last = [[Bethe]] | first = H.
| title=Termaufspaltung in Kristallen
| journal=Annalen der Physik, 5. Folge
| year=1929 | volume=3 | pages=133 }}</ref> มีรูปทรงโดดเด่นอีกแบบหนึ่งคือ[[ทรงรี]] เกิดขึ้นกับไอออนซัลเฟอร์ในสารประกอบประเภท pyrite<ref>{{cite journal
| last = Birkholz | first = M.| author2=Rudert, R.
| title=Interatomic distances in pyrite-structure disulfides – a case for ellipsoidal modeling of sulfur ions
| journal=physica status solidi b
| year=2008 | volume=245 | pages=1858
| url=http://www.mariobirkholz.de/pssb2008.pdf
| doi=10.1002/pssb.200879532 }}</ref>

มิติของอะตอมนั้นเล็กกว่าความยาวคลื่นของแสง (400-700 นาโนเมตร) นับหลายพันเท่า จึงไม่สามารถมองดูอะตอมด้วย[[กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง]]ได้ อย่างไรก็ดี เราสามารถสังเกตการณ์อะตอมเดี่ยว ๆ ได้โดยใช้[[กล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดในอุโมงค์]] ซึ่งบางตัวอย่างอาจแสดงให้เห็นความเล็กจิ๋วของอะตอมได้ เส้นผมของมนุษย์มีขนาดความกว้างประมาณ 1 ล้านเท่าของอะตอมคาร์บอน<ref>{{cite web
| author=Staff | year=2007
| url=http://oregonstate.edu/terra/2007winter/features/nanotech.php
| title=Small Miracles: Harnessing nanotechnology
| publisher=Oregon State University
| accessdate=2007-01-07 }}—describes the width of a human hair as 10<sup>5</sup>&nbsp;nm and 10 carbon atoms as spanning 1&nbsp;nm.</ref> หยดน้ำหนึ่งหยดมีอะตอมออกซิเจนอยู่ประมาณ 2 เซ็กซ์ทิลเลียน (2{{e|21}}) และอะตอมไฮโดรเจนอีก 2 เท่าของจำนวนนี้<ref>Padilla ''et al.'' (2002:32) —"There are 2,000,000,000,000,000,000,000 (that's 2&nbsp;sextillion) atoms of oxygen in one drop of water—and twice as many atoms of hydrogen."</ref> [[เพชร]] 1 [[กะรัต]] มีมวล 2{{e|-4}} กิโลกรัม ประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนจำนวน 10 เซ็กซ์ทิลเลียน (10<sup>22</sup>) อะตอม<ref group=note>หนึ่งกะรัตเท่ากับ 200 มิลลิกรัม[[มวลอะตอม|ตามนิยาม]] คาร์บอน-12 มีมวล 0.012 กก.ต่อโมล [[เลขอาโวกาโดร]]เท่ากับ 6{{e|23}} อะตอมต่อโมล</ref> ถ้าเราขยายขนาดผลแอปเปิ้ลให้ใหญ่เท่าขนาดของโลก หนึ่งอะตอมในแอปเปิ้ลจะมีขนาดประมาณผลแอปเปิ้ลปกติ<ref>Feynman (1995).</ref>

=== การสลายตัวของสารกัมมันตรังสี ===
[[ไฟล์:Isotopes and half-life.svg|right|300px|thumb|ไดอะแกรมแสดง [[ครึ่งชีวิต]] (T<sub>½</sub>) ของไอโซโทปหลายตัวที่มีจำนวนโปรตอนเท่ากับ Z และจำนวนนิวตรอนเท่ากับ N]]
{{บทความหลัก|การสลายตัวของสารกัมมันตรังสี}}

ธาตุทุกชนิดจะมีไอโซโทปอย่างน้อยหนึ่งตัวที่มีนิวเคลียสที่ไม่เสถียร และมีการสลายตัวของกัมมันตรังสี ทำให้นิวเคลียสนั้นปลดปล่อยอนุภาคออกมาหรือเกิดการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า การแผ่กัมมันตรังสีสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อรัศมีของนิวเคลียสมีขนาดใหญ่กว่าเทียบกับรัศมีของแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม ซึ่งส่งแรงได้ในระยะทางเพียง 1 fm<ref name=splung>{{cite web
| url=http://www.splung.com/content/sid/5/page/radioactivity
| title=Radioactivity | publisher=Splung.com
| accessdate=2007-12-19 }}</ref>

รูปแบบการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีที่พบกันมากที่สุด ได้แก่<ref>L'Annunziata (2003:3–56).</ref><ref>{{cite web
| last=Firestone
| first=Richard B.
| date=May 22, 2000
| url=http://isotopes.lbl.gov/education/decmode.html
| title=Radioactive Decay Modes
| publisher=Berkeley Laboratory
| accessdate=2007-01-07
| archive-date=2006-09-29
| archive-url=https://web.archive.org/web/20060929111801/http://isotopes.lbl.gov/education/decmode.html
| url-status=dead
}}</ref>
* [[การสลายปลดปล่อยอนุภาคอัลฟา]] เกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสปลดปล่อยอนุภาคอัลฟาออกมา คือนิวเคลียสฮีเลียมที่ประกอบด้วยโปรตอน 2 ตัวและนิวตรอน 2 ตัว ผลจากการแผ่รังสีชนิดนี้จะได้ธาตุใหม่ที่มี[[เลขอะตอม]]น้อยลง
* [[การสลายปลดปล่อยอนุภาคบีตา]] เกิดขึ้นเนื่องจาก[[แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน]] เป็นผลจากการเปลี่ยนแปลงนิวตรอนกลายไปเป็นโปรตอน หรือโปรตอนกลายเป็นนิวตรอน แบบแรกคือการแผ่อิเล็กตรอน 1 ตัวกับ[[แอนตินิวตริโน]] 1 ตัว ส่วนแบบที่สองเป็นการแผ่[[โพสิตรอน]] 1 ตัวกับ [[นิวตริโน]] 1 ตัว การแผ่อนุภาคของอิเล็กตรอนหรือโพสิตรอนนั้นเรียกว่าอนุภาคบีตา ผลจากการแผ่รังสีชนิดนี้อาจทำให้เลขอะตอมของนิวเคลียสเพิ่มขึ้นหรือลดลงอย่างละ 1 หน่วย
* [[การสลายปลดปล่อยอนุภาคแกมมา]] เป็นผลจากการเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานของนิวเคลียสไปยังระดับที่ต่ำกว่า ทำให้เกิดการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา อาจเกิดขึ้นหลังจากมีการปลดปล่อยอนุภาคอัลฟาหรือบีตาในการสลายตัวของกัมมันตรังสีแล้วก็ได้

การสลายตัวของสารกัมมันตรังสีแบบอื่น ๆ ที่พบค่อนข้างน้อย ได้แก่การปล่อยลำอนุภาคนิวตรอนหรือโปรตอน หรือกลุ่มของ[[นิวคลีออน]]จากนิวเคลียส การปล่อย[[อนุภาคบีตา]]มากกว่า 1 ตัว หรือการเกิดอิเล็กตรอนความเร็วสูง (จาก[[การแปลงผันภายใน]]) ซึ่งมิใช่รังสีบีตา และโฟตอนพลังงานสูงที่มิใช่รังสีแกมมา

ไอโซโทปกัมมันต์แต่ละตัวจะมีระยะเวลาในการปลดปล่อยอนุภาค หรือ[[ครึ่งชีวิต]] ที่เฉพาะตัว ซึ่งกำหนดจากระยะเวลาที่ต้องใช้ในการทำให้สารตัวอย่างนั้นสลายตัวไปเหลือเพียงครึ่งเดียว อันเป็นกระบวนการสลายตัวแบบเอ็กโปเนนเชียล สัดส่วนของไอโซโทปที่เหลืออยู่เป็น 50% ของทุก ๆ ระยะครึ่งชีวิตจะลดลงเรื่อย ๆ นั่นคือ หลังจากที่ผ่านระยะครึ่งชีวิตไป 2 ครั้ง จะเหลือปริมาณไอโซโทปนั้นอยู่ 25% ของจำนวนในครั้งแรก และลดลงในลักษณะนี้ไปเรื่อย ๆ <ref name=splung/>

=== โมเมนต์แม่เหล็ก ===
อนุภาคมูลฐานจะมีคุณสมบัติภายในเชิงกลศาสตร์ควอนตัมประการหนึ่งรู้จักกันในชื่อ [[สปิน (ฟิสิกส์)|สปิน]] หากเปรียบเทียบก็อาจคล้ายคลึงกับ[[โมเมนตัมเชิงมุม]]ของวัตถุที่หมุนรอบ[[จุดศูนย์กลางมวล]]ของตัวเอง แม้ว่าถ้าจะพูดให้เคร่งครัดแล้ว อนุภาคเหล่านี้มีลักษณะเป็นเหมือนจุดซึ่งไม่สามารถบอกได้ว่ามันกำลังหมุน การวัดค่าสปินใช้หน่วยของ[[ค่าคงที่ของพลังค์]] (ħ) โดยที่อิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอน ล้วนมีค่าสปิน ½&nbsp;ħ, or "spin-½" ในอะตอมหนึ่ง ๆ อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ไปรอบ[[นิวเคลียส]]จะมีโมเมนตัมเชิงมุมในวงโคจรเพิ่มไปกับสปินของมัน ขณะที่ตัวนิวเคลียสเองนั้นมีโมเมนตัมเชิงมุมขึ้นกับนิวเคลียร์สปินของมัน<ref>{{cite web
| last=Hornak|first=J. P.|year=2006
| url=http://www.cis.rit.edu/htbooks/nmr/chap-3/chap-3.htm
| title=Chapter 3: Spin Physics|work=The Basics of NMR
| publisher=Rochester Institute of Technology
| accessdate=2007-01-07}}</ref>

[[สนามแม่เหล็ก]]ที่เกิดขึ้นโดยอะตอม (หรือโมเมนต์แม่เหล็กของมัน) สามารถนิยามได้จากรูปแบบที่แตกต่างกันของโมเมนตัมเชิงมุม ว่าเป็นวัตถุมีประจุที่กำลังหมุนรอบตัวเองและสร้างสนามแม่เหล็กออกมา อย่างไรก็ดี คุณลักษณะอันโดดเด่นที่สุดก็เกิดขึ้นมาจากสปิน โดยธรรมชาติของอิเล็กตรอนแล้ว มันจะเป็นไปตาม[[หลักการกีดกันของเพาลี]] กล่าวคือ ไม่มีทางที่จะพบอิเล็กตรอน 2 ตัวอยู่ใน[[สถานะควอนตัม]]เดียวกันได้ อิเล็กตรอนที่เป็นคู่จะอยู่ตรงกันข้ามกัน ถ้าสมาชิกหนึ่งอยู่ในสถานะสปินขึ้น อีกตัวจะอยู่ในสถานะตรงกันข้าม คือสปินลง ดังนั้นค่าสปินทั้งสองจะหักล้างกันเอง ทำให้ลดแรงแม่เหล็กสองขั้วลงเป็นศูนย์สำหรับอะตอมบางตัวที่มีจำนวนอิเล็กตรอนเป็นเลขคู่<ref name=schroeder>{{cite web
 |last        = Schroeder
 |first       = Paul A.
 |date        = February 25, 2000
 |url         = http://www.gly.uga.edu/schroeder/geol3010/magnetics.html
 |title       = Magnetic Properties
 |publisher   = University of Georgia
 |accessdate  = 2007-01-07
 |archiveurl  = https://web.archive.org/web/20070429150216/http://www.gly.uga.edu/schroeder/geol3010/magnetics.html
 |archivedate = 2007-04-29
 |url-status  = dead
}}</ref>

ในธาตุที่มีคุณสมบัติของ[[แม่เหล็กเฟอร์โร]] อย่างเช่น เหล็ก จำนวนอิเล็กตรอนที่เป็นเลขคี่ทำให้มีอิเล็กตรอนเหลือซึ่งไม่มีคู่ และทำให้เกิดผลรวมโมเมนต์แม่เหล็กสุทธิขึ้น วงโคจรของอะตอมข้างเคียงจะซ้อนทับกัน และไปสู่สถานะพลังงานที่ต่ำกว่าเมื่อสปินของอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ได้แนวตรงกันกับตัวอื่น กระบวนการนี้รู้จักกันในชื่อ อันตรกิริยาแลกเปลี่ยน (exchange interaction) เมื่อเกิดแนวโมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมแม่เหล็กเฟอร์โรขึ้น สสารนั้นก็สามารถสร้างสนามแรงขนาดใหญ่ขึ้นจนตรวจวัดได้ สสารแบบพาราแม็กเนติกมีอะตอมที่มีโมเมนต์แม่เหล็กซึ่งสร้างแนวขึ้นในทิศทางแบบสุ่มโดยที่ไม่สามารถตรวจพบสนามแม่เหล็กเลย แต่โมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมแต่ละตัวนั้นเรียงแนวกันตามการก่อตัวของสนาม<ref name=schroeder/><ref>{{cite web
| last=Goebel|first=Greg
| date=September 1, 2007
| url=http://www.vectorsite.net/tpqm_04.html
| title=<nowiki>[4.3]</nowiki> Magnetic Properties of the Atom
| work=Elementary Quantum Physics
| publisher=In The Public Domain website
| accessdate=2007-01-07
}}</ref>

นิวเคลียสของอะตอมก็สามารถมีค่าสปินสุทธิได้เช่นกัน ตามปกติแล้วนิวเคลียสเหล่านี้จะเรียงตัวกันในทิศทางแบบสุ่ม อันเนื่องมาจาก[[สภาวะสมดุลความร้อน]] อย่างไรก็ดี มีธาตุบางตัว (เช่น [[ซีนอน|ซีนอน-129]] ซึ่งมีความเป็นไปได้ในการเกิดขั้วสปินที่สถาวะนิวเคลียร์สปินอย่างมีนัยสำคัญ จนมันเรียงตัวกันในทิศทางเดียวกันได้ เงื่อนไขเช่นนี้เรียกว่า hyperpolarization ซึ่งสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้กับ[[การสร้างภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็ก]] (MRI)<ref>{{cite journal
| last=Yarris
| first=Lynn
| title=Talking Pictures
| journal=Berkeley Lab Research Review
| date=Spring 1997
| url=http://www.lbl.gov/Science-Articles/Research-Review/Magazine/1997/story1.html
| accessdate=2008-01-09
| archive-date=2008-01-13
| archive-url=https://web.archive.org/web/20080113104939/http://www.lbl.gov/Science-Articles/Research-Review/Magazine/1997/story1.html
| url-status=dead
}}</ref><ref>Liang and Haacke (1999:412–26).</ref>

=== ระดับพลังงาน ===
อิเล็กตรอนที่ถูกดึงดูดอยู่ภายในอะตอมหนึ่ง ๆ จะมี[[พลังงานศักย์]]ซึ่งแปรผกผันกับระยะห่างของมันจากนิวเคลียส ค่านี้วัดได้จากขนาดของพลังงานที่จำเป็นต้องใช้เพื่อให้อิเล็กตรอนนั้นหลุดออกจากอะตอม โดยปกติใช้หน่วยวัดเป็น [[อิเล็กตรอนโวลต์]] (eV) ในแบบจำลองกลศาสตร์ควอนตัม อิเล็กตรอนที่มีพันธะจะสามารถครอบครองสถานะจำนวนหนึ่งรอบนิวเคลียส แต่ละสถานะนั้นสอดคล้องกับระดับพลังงานที่เฉพาะเจาะจง ระดับพลังงานที่ต่ำที่สุดของอิเล็กตรอนเรียกว่า สภาวะพื้น (ground state) ส่วนอิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานที่สูงกว่าจะเรียกว่าอยู่ในสภาวะกระตุ้น (excited state)<ref>{{cite web| last=Zeghbroeck| first=Bart J. Van| year=1998| url=http://physics.ship.edu/~mrc/pfs/308/semicon_book/eband2.htm| title=Energy levels| publisher=Shippensburg University| accessdate=2007-12-23| archiveurl=https://web.archive.org/web/20050115030639/http://physics.ship.edu/~mrc/pfs/308/semicon_book/eband2.htm| archivedate=2005-01-15| url-status=live}}</ref>

อิเล็กตรอนที่มีการเปลี่ยนแปลงระหว่างสภาวะที่แตกต่างกันสองสภาวะ จะต้องดูดซับหรือปลดปล่อย[[โฟตอน]]ออกมาที่ระดับพลังงานหนึ่งซึ่งเท่ากับค่าแตกต่างของพลังงานศักย์ของสภาวะทั้งสอง พลังงานของโฟตอนที่ปลดปล่อยออกมาเป็นสัดส่วนกับ[[ความถี่]]ของมัน ดังนั้นระดับพลังงานที่เฉพาะเจาะจงจะมีช่วง[[สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า]]ที่เป็นเอกลักษณ์<ref>Fowles (1989:227–233).</ref> ธาตุแต่ละชนิดจะมีสเปกตรัมเฉพาะ ขึ้นอยู่กับประจุนิวเคลียร์ ระดับพลังงานย่อยของอิเล็กตรอน อันตรกิริยาแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างอิเล็กตรอน และปัจจัยอื่น ๆ <ref>{{cite web
| last=Martin|first=W. C.
| author2=Wiese, W. L.|year=2007
| url=http://physics.nist.gov/Pubs/AtSpec/
| title=Atomic Spectroscopy: A Compendium of Basic Ideas, Notation, Data, and Formulas
| publisher=National Institute of Standards and Technology
| accessdate=2007-01-08}}</ref>

[[ไฟล์:Fraunhofer lines.svg|right|thumb|300px|ตัวอย่างเส้นดูดกลืนในสเปกตรัม]]

เมื่อสเปกตรัมพลังงานที่ต่อเนื่องผ่านแก๊สหรือพลาสมา โฟตอนบางส่วนจะถูกอะตอมดูดกลืนไป ทำให้อิเล็กตรอนเปลี่ยนแปลงระดับพลังงาน อิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นเหล่านั้นซึ่งยังคงถูกดึงดูดอยู่กับอะตอม จะปลดปล่อยพลังงานออกมาอย่างต่อเนื่องเป็นโฟตอน โดยปลดปล่อยออกมาทุกทิศทางอย่างสุ่ม จากนั้นก็ตกลงไปยังระดับพลังงานที่ต่ำกว่า ดังนั้นอะตอมจึงทำตัวเหมือนตัวกรอง ซึ่งทำให้เกิดแนวเส้นดูดกลืนมืด ๆ ต่อเนื่องขึ้นที่พลังงานที่ส่งออกมา (ผู้สังเกตที่มองดูอะตอมจากมุมอื่นซึ่งไม่ได้รวมเอาสเปกตรัมต่อเนื่องเป็นฉากหลัง จะมองเห็นเส้นปลดปล่อยของโฟตอนที่ปลดปล่อยออกมาจากอะตอมแทน) เครื่องมือวัด[[สเปกโตรสโกปี]]สำหรับความแรงและความกว้างของ[[เส้นสเปกตรัม]]จะช่วยให้เราสามารถระบุองค์ประกอบและคุณสมบัติทางกายภาพของสสารนั้นได้<ref name=>{{cite web
| url=http://www.avogadro.co.uk/light/bohr/spectra.htm
| title=Atomic Emission Spectra — Origin of Spectral Lines
| publisher=Avogadro Web Site
| accessdate=2006-08-10
| archive-date=2006-02-28
| archive-url=https://web.archive.org/web/20060228231025/http://www.avogadro.co.uk/light/bohr/spectra.htm
| url-status=dead
}}</ref>

การตรวจสอบเส้นสเปกตรัมอย่างละเอียดพบว่ามีการแบ่งแยกเชิงโครงสร้างอย่างละเอียดจำนวนหนึ่ง ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจาก [[อันตรกิริยาของสปินกับออร์บิท|การคู่ควบของสปินกับออร์บิท]] (spin-orbit coupling) อันเป็นอันตรกิริยาระหว่างสปินกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนชั้นนอกสุด<ref>{{cite web
| last=Fitzpatrick|first=Richard
| date=February 16, 2007
| url=http://farside.ph.utexas.edu/teaching/qm/lectures/node55.html
| title=Fine structure
| publisher=University of Texas at Austin
| accessdate=2008-02-14}}</ref> เมื่ออะตอมอยู่ในสนามแม่เหล็กภายนอก เส้นสเปกตรัมจะแยกออกเป็นสามส่วนหรือมากกว่านั้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า [[ปรากฏการณ์ซีแมน]] (Zeeman effect) ซึ่งเกิดขึ้นจากอันตรกิริยาของสนามแม่เหล็กกับโมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมและอิเล็กตรอนภายใน อะตอมบางตัวอาจมี[[การจัดเรียงอิเล็กตรอน]]ที่ระดับพลังงานเดียวกัน ซึ่งจะปรากฏออกมาเป็นเส้นสเปกตรัมหนึ่งเส้น อันตรกิริยาระหว่างสนามแม่เหล็กกับอะตอมจะทำให้การจัดเรียงอิเล็กตรอนนี้เคลื่อนไปที่ระดับพลังงานระดับอื่น ส่งผลให้มีเส้นสเปกตรัมหลายเส้น<ref>{{cite web
| last=Weiss|first=Michael|year=2001
| url=http://math.ucr.edu/home/baez/spin/node8.html
| title=The Zeeman Effect
| publisher=University of California-Riverside
| accessdate=2008-02-06
}}</ref> การที่มีสนามไฟฟ้าภายนอกนี้สามารถทำให้เกิดการแยกตัวและการเคลื่อนตัวของเส้นสเปกตรัมที่เปรียบเทียบกันได้โดยการดัดแปลงระดับพลังงานของอิเล็กตรอน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า [[ปรากฏการณ์สตาร์ค]] (Stark effect)<ref>Beyer (2003:232–236).</ref>

ถ้าอิเล็กตรอนใต้แรงดึงดูดอยู่ในสภาวะกระตุ้น โฟตอนที่มีพลังงานเหมาะสมสามารถ[[การเปล่งแสงแบบกระตุ้น|เปล่งแสง]]ด้วยระดับพลังงานที่ตรงกัน การจะเกิดเหตุการณ์เช่นนี้ อิเล็กตรอนต้องลดระดับพลังงานลงไปยังสภาวะที่ต่ำกว่าที่ทำให้มีความแตกต่างของระดับพลังงานเท่ากับพลังงานของโฟตอนที่อยู่ในภาวะกระตุ้น โฟตอนที่เปล่งแสงออกมากับโฟตอนในสภาวะกระตุ้นจะเคลื่อนตัวออกโดยขนานกันและด้วยเฟสที่ตรงกัน นั่นก็คือรูปแบบของคลื่นของโฟตอนทั้งสองนั้นสอดประสานกันพอดี คุณสมบัติทางกายภาพเช่นนี้ใช้ในการสร้าง[[เลเซอร์]] ซึ่งสามารถเปล่งลำแสงเชื่อมต่อกันของพลังงานแสงภายในแถบความถี่แคบ ๆ แถบหนึ่ง<ref>{{cite web
| last=Watkins
| first=Thayer
| url=http://www.sjsu.edu/faculty/watkins/stimem.htm
| title=Coherence in Stimulated Emission
| publisher=San José State University
| accessdate=2007-12-23
| archive-date=2011-08-21
| archive-url=https://www.webcitation.org/616QB2r4p?url=http://www.sjsu.edu/faculty/watkins/stimem.htm
| url-status=dead
}}</ref>

=== พฤติกรรมของเวเลนซ์และแรงยึดเหนี่ยว ===
วงโคจรอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดของอะตอมในสภาวะที่ไม่ได้รวมกัน รู้จักกันในชื่อว่า วงโคจรเวเลนซ์ อิเล็กตรอนที่อยู่ในวงโคจรนี้จะเรียกชื่อว่า [[เวเลนซ์อิเล็กตรอน]] จำนวนของเวเลนซ์อิเล็กตรอนหาได้จากพฤติกรรมของแรงยึดเหนี่ยวกับอะตอมอื่น ๆ เพราะอะตอมมีแนวโน้มจะเกิดปฏิกิริยาทางเคมีกับอะตอมอื่น ๆ ในลักษณะที่คอยเติมเต็ม (หรือทำให้ว่าง) วงโคจรเวเลนซ์ชั้นนอกสุด<ref>{{cite web
| last=Reusch|first=William|date=July 16, 2007
| url=http://www.cem.msu.edu/~reusch/VirtualText/intro1.htm
| title=Virtual Textbook of Organic Chemistry
| publisher=Michigan State University
| accessdate=2008-01-11}}</ref> ตัวอย่างเช่น การเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนเดี่ยวระหว่างอะตอมเป็นการประมาณการที่มีประโยชน์สำหรับพันธะที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่มีอิเล็กตรอนในวงโคจรเกินมา 1 ตัว กับอีกอะตอมหนึ่งที่ขาดอิเล็กตรอนในวงโคจรไป 1 ตัว ซึ่งเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นในสารประกอบ[[โซเดียมคลอไรด์]] และเกลือไอออนทางเคมีอื่น ๆ อย่างไรก็ดี ธาตุหลายชนิดปรากฏว่ามีเวเลนซ์หลายตัว หรือมีแนวโน้มที่จะมีจำนวนอิเล็กตรอนในสารประกอบที่แตกต่างกันเป็นจำนวนไม่เท่ากัน ดังนั้นพันธะเคมีระหว่างธาตุเหล่านี้จึงทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนหลายรูปแบบซึ่งมีการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนมากกว่า 1 ตัว ตัวอย่างเหล่านี้รวมไปถึงธาตุคาร์บอนและ[[สารประกอบอินทรีย์]]อื่น ๆ <ref>{{cite web |url=http://www.chemguide.co.uk/atoms/bonding/covalent.html |title=Covalent bonding – Single bonds |publisher=chemguide |year=2000}}</ref>

ธาตุเคมีมักจะปรากฏตัวใน[[ตารางธาตุ]] ซึ่งวางตำแหน่งตามคุณสมบัติทางเคมีที่ปรากฏ ธาตุที่มีจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนเป็นเลขเดียวกันจะจับกลุ่มรวมกันแสดงในแนวดิ่งในตาราง หรืออยู่ในคอลัมน์เดียวกัน (ส่วนแถวแนวนอนสื่อถึงการเติมวงโคจรควอนตัมของอิเล็กตรอน) ธาตุที่อยู่ทางขวาของตารางจะมีอิเล็กตรอนในวงโคจรชั้นนอกอย่างสมบูรณ์ ทำให้มันมีลักษณะเฉื่อยในทางเคมี รู้จักกันในชื่อ [[แก๊สมีสกุล]]<ref>{{cite web
| author=Husted, Robert|date=December 11, 2003
| url=http://periodic.lanl.gov/default.htm
| title=Periodic Table of the Elements
| publisher=Los Alamos National Laboratory
| accessdate=2008-01-11}}
</ref><ref>{{cite web
| first=Rudy|last=Baum|year=2003
| url=http://pubs.acs.org/cen/80th/elements.html
| title=It's Elemental: The Periodic Table
| publisher=Chemical & Engineering News
| accessdate=2008-01-11}}</ref>

=== สถานะ ===
[[ไฟล์:Bose Einstein condensate.png|left|thumb|ภาพนิ่งแสดงการก่อตัวของ[[ของเหลวผลควบแน่นโบส-ไอน์สไตน์]]]]

จำนวนอะตอมที่พบในสถานะต่าง ๆ ของสสาร ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขทางกายภาพของสสารนั้น ๆ เช่น [[อุณหภูมิ]]และ[[ความดัน]] เมื่อแปรเงื่อนไขเหล่านี้ สสารนั้นก็สามารถเปลี่ยนสภาพไประหว่าง[[ของแข็ง]] [[ของเหลว]] [[ก๊าซ]] และ[[พลาสมา (ฟิสิกส์)|พลาสมา]]{{sfn|Goodstein|2002|pp=436–438}} ในสถานะหนึ่ง ๆ สสารสามารถดำรงอยู่ในสภาพที่แตกต่างกันก็ได้ ตัวอย่างของกรณีนี้เช่น คาร์บอน ซึ่งสามารถดำรงอยู่ได้ทั้งในรูปของ[[แกรไฟต์]] หรือ[[เพชร]]<ref>{{cite journal
| last=Brazhkin|first=Vadim V.
| title=Metastable phases, phase transformations, and phase diagrams in physics and chemistry
| journal=Physics-Uspekhi
| year=2006|volume=49
| issue=7|pages=719–24
| doi=10.1070/PU2006v049n07ABEH006013}}</ref>

เมื่ออุณหภูมิมีค่าเข้าใกล้[[ศูนย์องศาสัมบูรณ์]] อะตอมจะเกิด[[การควบแน่นของโบส-ไอน์สไตน์]] ซึ่งเป็นจุดที่กลศาสตร์ควอนตัมที่ตามปกติสามารถสังเกตการณ์ได้เฉพาะในระดับอะตอมเท่านั้น เริ่มส่งผลและสามารถสังเกตการณ์ในระดับมหภาคได้{{sfn|Myers|2003|p=85}}<ref>{{cite news
| author=Staff
| date=October 9, 2001
| title=Bose-Einstein Condensate: A New Form of Matter
| publisher=National Institute of Standards and Technology
| url=http://www.nist.gov/public_affairs/releases/BEC_background.htm
| accessdate=2008-01-16
| archive-date=2008-01-03
| archive-url=https://web.archive.org/web/20080103192918/http://www.nist.gov/public_affairs/releases/BEC_background.htm
| url-status=dead
}}</ref> กลุ่มของอะตอมที่เย็นยิ่งยวดนี้จะมีพฤติกรรมเป็น[[ซูเปอร์อะตอม]]หนึ่งเดียว ทำให้สามารถตรวจสอบคุณสมบัติพื้นฐานของพฤติกรรมทางกลศาสตร์ควอนตัมได้<ref>{{cite web
| last=Colton
| first=Imogen
| author2=Fyffe, Jeanette
| date=February 3, 1999
| url=http://www.ph.unimelb.edu.au/~ywong/poster/articles/bec.html
| title=Super Atoms from Bose-Einstein Condensation
| publisher=The University of Melbourne
| accessdate=2008-02-06
| archiveurl=https://web.archive.org/web/20070829200820/http://www.ph.unimelb.edu.au/~ywong/poster/articles/bec.html
| archivedate=2007-08-29
| url-status=dead
}}</ref>

{{clear}}

== การตรวจจับ ==
[[ไฟล์:Atomic resolution Au100.JPG|right|thumb|ภาพจาก[[กล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดในอุโมงค์]] แสดงให้เห็นอะตอมแต่ละตัวที่ประกอบอยู่บนพื้นผิวของ[[ทองคำ]] ([[ดัชนีมิลเลอร์|100]]) [[การเรียงตัวใหม่บนพื้นผิว]]ทำให้อะตอมบนพื้นผิวบิดเบี้ยวไปจาก[[โครงสร้างคริสตัล]]แบบเดิม และเรียงตัวใหม่เป็นหลาย ๆ แถวโดยมีช่องว่างระหว่างแต่ละแถว]]

[[กล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดในอุโมงค์]] คือเครื่องมือที่ใช้ในการตรวจดูพื้นผิวในระดับอะตอม อาศัยปรากฏการณ์ quantum tunneling ซึ่งยอมให้อนุภาคข้ามผ่านชั้นพลังงานที่ตามปกติแล้วจะข้ามไปไม่ได้ อุโมงค์อิเล็กตรอนในสุญญากาศระหว่างแผ่นโลหะอิเล็กโทรดสองชิ้นซึ่งมีชั้นของอะตอมสะสมอยู่ จะทำให้เกิดความหนาแน่นของกระแสในอุโมงค์จนทำให้สามารถตรวจวัดได้ การสแกนอะตอมตัวหนึ่ง (เรียกว่า tip) ขณะที่มันวิ่งผ่านอะตอมอีกตัวหนึ่ง (อะตอมตัวอย่าง) ทำให้สามารถวาดภาพการเคลื่อนที่ของ tip เทียบกับกระแสการเคลื่อนที่ของอะตอมที่แยกกัน ผลการคำนวณทำให้เราสามารถสร้างภาพจากกล้องจุลทรรศน์ scanning tunneling microscope ขึ้นมาเป็นภาพของอะตอมแต่ละอะตอมได้ ภาพเหล่านี้ช่วยยืนยันว่า ที่การกระตุ้นขนาดต่ำ ระยะห่างเฉลี่ยของวงโคจรอิเล็กตรอนจะอยู่ใกล้กับ[[ระดับพลังงานแฟร์มี]] ซึ่งเป็นระดับ[[ความหนาแน่นของสถานะ]]โดยปกติ<ref>{{cite web
| last=Jacox|first=Marilyn| author2=Gadzuk, J. William
| url=http://physics.nist.gov/GenInt/STM/stm.html
| title=Scanning Tunneling Microscope
| publisher=National Institute of Standards and Technology
| year=1997|accessdate=2008-01-11
}}</ref><ref>{{cite web
| url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1986/index.html
| title=The Nobel Prize in Physics 1986
| publisher=The Nobel Foundation
| accessdate=2008-01-11}}—in particular, see the Nobel lecture by G. Binnig and H. Rohrer.</ref>

อะตอมอาจมีประจุขึ้นมาได้ถ้าเอาอิเล็กตรอนตัวหนึ่งออกไปเสีย ประจุไฟฟ้าจะทำให้ทิศทางการเคลื่อนที่ของอะตอมเอียงโค้งไปเมื่อเดินทางผ่านบริเวณ[[สนามแม่เหล็ก]] รัศมีการโค้งไปของไอออนที่เคลื่อนที่อันเนื่องจากสนามแม่เหล็กนั้นสามารถบอกได้จากมวลของอะตอม หลักการนี้นำไปใช้ในเครื่อง[[สเปกโตรมิเตอร์ของมวล]]เพื่อตรวจวัดอัตราส่วนมวลต่อประจุ (mass-to-charge ratio) ของไอออน ถ้าตัวอย่างที่ตรวจวัดมีไอโซโทปหลายตัว สเปกโตรมิเตอร์ของมวลจะสามารถระบุสัดส่วนของแต่ละไอโซโทปในตัวอย่างนั้นได้โดยการวัดความเข้มของลำไอออนแต่ละตัวที่แตกต่างกัน เทคนิคในการทำให้อะตอมระเหิดนี้รวมไปถึง [[inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy]] (ICP-AES) และ [[inductively coupled plasma mass spectrometry]] (ICP-MS) ซึ่งทั้ง 2 วิธีนี้ใช้พลาสมาในการทำให้อะตอมตัวอย่างระเหิดเพื่อทำการวิเคราะห์<ref name=sab53_13_1739>{{cite journal |first=N.|last=Jakubowski |title = Sector field mass spectrometers in ICP-MS |journal = Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy |volume = 53|issue = 13|year = 1998 |doi=10.1016/S0584-8547(98)00222-5|pages = 1739–1763|bibcode = 1998AcSpe..53.1739J |last2=Moens |first2=Luc |last3=Vanhaecke |first3=Frank }}</ref>

สำหรับกระบวนวิธีที่เจาะจงมากกว่านี้ได้แก่ การตรวจวัดการสูญเสียพลังงานของอิเล็กตรอน (electron energy loss spectroscopy) ซึ่งจะตรวจวัดพลังงานที่สูญเสียจากลำอิเล็กตรอนภายใน[[กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนชนิดส่องผ่าน]]เมื่อมันทำอันตรกิริยากับอะตอมตัวอย่าง ภาพ[[โทโมกราฟี|โทโมกราฟ]]ของ[[อะตอมโพรบ]]ได้ผลลัพธ์สามมิติในระดับต่ำกว่านาโนเมตร และสามารถใช้เครื่อง time-of-flight mass spectrometry เพื่อระบุคุณสมบัติทางเคมีของอะตอมได้<ref name=rsi39_1_83>{{cite journal |last1=Müller |first1=Erwin W. |authorlink1=Erwin Wilhelm Müller |last2=Panitz |first2=John A. |authorlink2=J. A. Panitz |last3=McLane |first3=S. Brooks |authorlink3=S. Brooks McLane |year=1968 |title=The Atom-Probe Field Ion Microscope |journal=[[Review of Scientific Instruments]] |volume=39 |issue=1 |pages=83–86 |doi=10.1063/1.1683116
| bibcode = 1968RScI...39...83M }}</ref>

เราสามารถใช้สเปกตรัมของสถานะกระตุ้นของอะตอมในการวิเคราะห์องค์ประกอบอะตอมในดาวฤกษ์ที่อยู่ห่างไกลได้ แสงที่สังเกตการณ์จากดาวฤกษ์เหล่านั้นประกอบด้วยความยาวคลื่นแสงขนาดหนึ่ง ๆ ซึ่งสามารถแยกแยะออกได้โดยมีความสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงควอนตัมของอะตอมแก๊สอิสระ อาศัย[[หลอดปล่อยประจุ]]ที่บรรจุธาตุชนิดเดียวกันทำให้เราสามารถเลียนแบบสีแบบเดียวกันได้<ref name=lochner2007>{{cite web |last=Lochner|first=Jim| author2=Gibb, Meredith| author3=Newman, Phil |date=April 30, 2007 |url=http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/how_l1/spectral_what.html |title=What Do Spectra Tell Us? |publisher=NASA/Goddard Space Flight Center |accessdate=2008-01-03}}</ref> [[ฮีเลียม]]ถูกค้นพบด้วยวิธีการเช่นนี้โดยตรวจได้จากสเปกตรัมของดวงอาทิตย์เป็นเวลา 23 ปีก่อนที่จะพบมันบนโลกเสียอีก<ref name=winter2007>{{cite web |last=Winter|first=Mark|year=2007 |url=http://www.webelements.com/webelements/elements/text/He/hist.html |title=Helium|publisher=WebElements |accessdate=2008-01-03}}</ref>

== ต้นกำเนิดและสถานะปัจจุบัน ==
อะตอมเป็นส่วนประกอบราว 4% ของความหนาแน่นพลังงานรวมทั้งหมดใน[[เอกภพที่สังเกตได้]] โดยมีค่าความหนาแน่นเฉลี่ยประมาณ 0.25 อะตอมต่อลูกบาศก์เมตร<ref name=hinshaw20060210>{{cite web |last=Hinshaw|first=Gary |date=February 10, 2006 |url=http://map.gsfc.nasa.gov/m_uni/uni_101matter.html |title=What is the Universe Made Of? |publisher=NASA/WMAP|accessdate=2008-01-07}}</ref> สำหรับภายในดาราจักรเช่น[[ทางช้างเผือก]]จะมีอะตอมอยู่เป็นจำนวนหนาแน่นมากกว่ามาก โดยมีความหนาแน่นของสสารใน[[สสารระหว่างดาว]]ระหว่าง 10<sup>5</sup> ถึง 10<sup>9</sup> อะตอม/ลบ.ม.{{sfn|Choppin|Liljenzin|Rydberg|2001|p=441}} เชื่อกันว่า ดวงอาทิตย์ของเราอยู่ภายใน[[ฟองท้องถิ่น]]ซึ่งเป็นบริเวณกลุ่มแก๊สที่มีประจุสูง ดังนั้นความหนาแน่นของบริเวณโดยรอบระบบสุริยะจึงมีเพียง 10<sup>3</sup> อะตอม/ลบ.ม.<ref name=science259_5093_327>{{cite journal |last=Davidsen|first=Arthur F. |title=Far-Ultraviolet Astronomy on the Astro-1 Space Shuttle Mission |journal=[[Science (journal)|Science]] |year=1993|volume=259 |issue=5093|pages=327–34 |doi=10.1126/science.259.5093.327 |pmid=17832344|bibcode = 1993Sci...259..327D }}</ref> ดาวฤกษ์ก่อตัวจากกลุ่มเมฆหนาแน่นในสสารระหว่างดาว และกระบวนการวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ส่งผลให้เกิดธาตุจำนวนมากมายขึ้นในอวกาศระหว่างดาวซึ่งมีมวลหนักกว่าไฮโดรเจนกับฮีเลียม อะตอมภายในทางช้างเผือกกว่า 95% รวมตัวกันอยู่ภายในดาวฤกษ์ และมวลรวมของอะตอมคิดเป็นประมาณ 10% ของมวลดาราจักร{{sfn|Lequeux|2005|p=4}} (มวลส่วนที่เหลือนั้นยังไม่เป็นที่รู้จัก เรียกกันว่า [[สสารมืด]])<ref name=nigel2000>{{cite web |first=Nigel|last=Smith|date=January 6, 2000 |url=http://physicsworld.com/cws/article/print/809 |title=The search for dark matter |publisher=Physics World|accessdate = 2008-02-14}}</ref>

=== การสังเคราะห์นิวเคลียส ===
{{บทความหลัก|นิวคลีโอซินทีสิส}}
โปรตอนและอิเล็กตรอนที่เสถียรเกิดขึ้นหลังจากเกิด[[บิกแบง]]เพียงหนึ่งวินาที ระหว่างช่วงสามนาทีต่อมา [[บิกแบงนิวคลีโอซินทีสิส]]ได้สร้างสสารส่วนใหญ่ของ[[ฮีเลียม]] [[ลิเทียม]] และ[[ดิวเทอเรียม]]ขึ้นในเอกภพ และบางทีอาจรวมถึง[[เบอริลเลียม]]และ[[โบรอน]]ด้วย<ref name=ns1794_42>{{cite journal|last=Croswell|first=Ken|title=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|journal=New Scientist|year=1991|issue=1794|pages=42|url=http://space.newscientist.com/article/mg13217944.700-boron-bumps-and-the-big-bang-was-matter-spread-evenly-whenthe-universe-began-perhaps-not-the-clues-lie-in-the-creation-of-thelighter-elements-such-as-boron-and-beryllium.html|accessdate=2008-01-14|archive-date=2008-02-07|archive-url=https://web.archive.org/web/20080207065342/http://space.newscientist.com/article/mg13217944.700-boron-bumps-and-the-big-bang-was-matter-spread-evenly-whenthe-universe-began-perhaps-not-the-clues-lie-in-the-creation-of-thelighter-elements-such-as-boron-and-beryllium.html|url-status=dead}}</ref><ref name=science267_5195_192>{{cite journal |last=Copi|first=Craig J. |last2=Schramm|first2=DN |last3=Turner|first3=MS |year=1995 |title=Big-Bang Nucleosynthesis and the Baryon Density of the Universe |journal=[[Science (journal)|Science]] |volume=267|issue=5195 |pages=192–99 |doi = 10.1126/science.7809624 |pmid=7809624 |arxiv = astro-ph/9407006 |bibcode = 1995Sci...267..192C }}</ref><ref name=hinshaw20051215>{{cite web |last=Hinshaw|first=Gary|date=December 15, 2005 |url=http://map.gsfc.nasa.gov/m_uni/uni_101bbtest2.html |title=Tests of the Big Bang: The Light Elements |publisher=NASA/WMAP|accessdate=2008-01-13 }}</ref> อะตอมชุดแรก ๆ (ที่อิเล็กตรอนเป็นส่วนประกอบอย่างสมบูรณ์) ในทางทฤษฎีแล้วเชื่อว่าเกิดขึ้น 380,000 ปีหลังจากบิกแบง —คือยุคที่เรียกว่า recombination เมื่อเอกภพที่กำลังขยายตัวออกนั้นเย็นลงเพียงพอที่ทำให้อิเล็กตรอนสามารถเกาะติดกับนิวเคลียสได้<ref name=abbott20070530>{{cite web |last=Abbott |first=Brian |date=May 30, 2007 |url=http://www.haydenplanetarium.org/universe/duguide/exgg_wmap.php |title=Microwave (WMAP) All-Sky Survey |publisher=Hayden Planetarium |accessdate=2008-01-13 |archive-date=2013-02-13 |archive-url=https://web.archive.org/web/20130213023246/http://www.haydenplanetarium.org/universe/duguide/exgg_wmap.php |url-status=dead }}</ref> นับแต่นั้น นิวเคลียสอะตอมก็เริ่มรวมตัวเข้าใน[[ดาวฤกษ์]]ผ่านกระบวนการ[[นิวเคลียร์ฟิวชัน]]และสร้างธาตุต่าง ๆ ขึ้นไปจนถึงเหล็ก<ref name=mnras106_343>{{cite journal |title=The synthesis of the elements from hydrogen |first=F. |last=Hoyle |journal=[[Monthly Notices of the Royal Astronomical Society]] |volume=106|pages=343–83|year=1946 |bibcode=1946MNRAS.106..343H}}</ref>

ไอโซโทปบางตัวเช่น ลิเทียม-6 เกิดขึ้นในอวกาศโดยผ่านสปอลเลชั่นของรังสีคอสมิก<ref name=nature405_656>{{cite journal |last=Knauth|first=D. C. |title=Newly synthesized lithium in the interstellar medium |journal=Nature |year=2000|volume=405|pages=656–58 |doi=10.1038/35015028 |last2=Knauth|first2=D. C. |last3=Lambert|first3=David L. |last4=Crane|first4=P. |pmid=10864316 |issue=6787}}</ref> เมื่อโปรตอนพลังงานสูงปะทะกับนิวเคลียสของอะตอม ทำให้นิวคลีออนจำนวนมากดีดตัวออกมา ธาตุที่หนักกว่าเหล็กเกิดขึ้นใน[[มหานวดารา]]ผ่าน[[กระบวนการอาร์]]และใน[[แขนงดาวยักษ์เชิงเส้นกำกับ]] ผ่าน[[กระบวนการเอส]] ทั้งสองกระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการที่นิวเคลียสอะตอมจับนิวตรอนเอาไว้<ref name=mashnik2000>{{cite arxiv |last=Mashnik|first=Stepan G. |year=2000 |title=On Solar System and Cosmic Rays Nucleosynthesis and Spallation Processes |arxiv=astro-ph/0008382 }}</ref> ธาตุบางชนิดเช่น [[ตะกั่ว]] ส่วนใหญ่ก่อตัวขึ้นผ่านกระบวนการสลายให้กัมมันตรังสีของธาตุที่หนักกว่า<ref name=kgs20050504>{{cite web |author=Kansas Geological Survey |date=May 4, 2005 |title=Age of the Earth |url=http://www.kgs.ku.edu/Extension/geotopics/earth_age.html |publisher=University of Kansas |accessdate=2008-01-14 |archive-date=2008-07-05 |archive-url=https://web.archive.org/web/20080705052359/http://www.kgs.ku.edu/Extension/geotopics/earth_age.html |url-status=dead }}</ref>

=== โลก ===
อะตอมส่วนมากที่ก่อตัวกันขึ้นเป็น[[โลก]]และสิ่งมีชีวิตที่อยู่บนโลกนั้นเกิดขึ้นจากการสลายตัวของ[[เนบิวลา]]ที่อยู่ใน[[เมฆโมเลกุล]]เพื่อก่อตัวขึ้นเป็น[[ระบบสุริยะ]] ส่วนที่เหลือเป็นผลจากการสลายตัวให้กัมมันตรังสี ส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องกันนี้สามารถนำมาใช้เพื่อระบุถึงอายุของโลกได้{{sfn|Manuel|2001|pp=407–430,511–519}}<ref name=gs190_1_205>{{cite journal
| last=Dalrymple|first=G. Brent |title=The age of the Earth in the twentieth century: a problem (mostly) solved |journal=Geological Society, London, Special Publications |year=2001|volume=190 |issue=1|pages=205–21 |doi=10.1144/GSL.SP.2001.190.01.14 |url=http://sp.lyellcollection.org/cgi/content/abstract/190/1/205 |accessdate=2008-01-14}}</ref> [[ฮีเลียม]]ส่วนมากที่อยู่บริเวณเปลือกของโลก (ประมาณ 99% เป็นก๊าซ เช่น[[ฮีเลียม-3]] ที่มีอยู่เป็นจำนวนมหาศาล) เป็นผลที่เกิดจาก[[การสลายปลดปล่อยอนุภาคอัลฟา]]<ref name=anderson_foulger_meibom2006>{{cite web |last=Anderson|first=Don L. |authorlink=Don L. Anderson| author2=Foulger, G. R.| author3=Meibom, Anders |date=September 2, 2006 |url=http://www.mantleplumes.org/HeliumFundamentals.html |title=Helium: Fundamental models |publisher=MantlePlumes.org|accessdate=2007-01-14}}</ref>

มีอะตอมบางส่วนที่ตรวจพบว่าไม่ได้มีอยู่ตั้งแต่ตอนแรกกำเนิดโลก ทั้งไม่ได้เป็นผลที่เกิดจากการสลายตัวให้กัมมันตรังสี เช่น [[คาร์บอน-14]] เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องจากรังสีคอสมิกในชั้นบรรยากาศ<ref name=pennicott2001>{{cite news |last=Pennicott|first=Katie|date=May 10, 2001 |title=Carbon clock could show the wrong time |publisher=PhysicsWeb |url=http://physicsworld.com/cws/article/news/2676 |accessdate=2008-01-14}}</ref> อะตอมบางชนิดบนโลกถูกประดิษฐ์ขึ้น ทั้งโดยที่ตั้งใจสร้าง หรือเป็นผลพลอยได้จากการแตกตัวหรือการระเบิดของนิวเคลียร์<ref name=yarris2001>{{cite news |last=Yarris |first=Lynn |date=July 27, 2001 |title=New Superheavy Elements 118 and 116 Discovered at Berkeley Lab |publisher=Berkeley Lab |url=http://enews.lbl.gov/Science-Articles/Archive/elements-116-118.html |accessdate=2008-01-14 }}</ref><ref name=pr119_6_2000>{{cite journal |author=Diamond, H |year=1960 |title=Heavy Isotope Abundances in Mike Thermonuclear Device |url=https://archive.org/details/sim_physical-review_1960-09-15_119_6/page/n198 |journal=[[Physical Review]] |volume=119 |issue=6 |pages=2000–04 |doi=10.1103/PhysRev.119.2000 |bibcode = 1960PhRv..119.2000D }}</ref> ในบรรดา[[ธาตุหลังยูเรเนียม]]—คือพวกที่มีเลขอะตอมมากกว่า 92— มีเพียง[[พลูโตเนียม]]กับ[[เนปจูเนียม]]เท่านั้นที่เกิดขึ้นบนโลกโดยธรรมชาติ<ref name=poston1998>{{cite web |author=Poston Sr., John W.|date=March 23, 1998 |title=Do transuranic elements such as plutonium ever occur naturally? |publisher=Scientific American |url=http://www.sciam.com/chemistry/article/id/do-transuranic-elements-s/topicID/4/catID/3 |accessdate=2008-01-15 }}</ref><ref name=cz97_10_522>{{cite journal |last=Keller|first=C. |title=Natural occurrence of lanthanides, actinides, and superheavy elements |journal=Chemiker Zeitung |year=1973|volume=97|issue=10|pages=522–30 |osti=4353086 }}</ref> ธาตุหลังยูเรเนียมนั้นมีอายุกัมมันตรังสีสั้นกว่าอายุปัจจุบันของโลก{{sfn|Zaider|Rossi|2001|p=17}} และจากปริมาณที่ตรวจได้แสดงว่าธาตุเหล่านั้นเริ่มสลายตัวมานานแล้ว มีข้อยกเว้นเพียง[[พลูโตเนียม-244]] ซึ่งอาจจะเกิดขึ้นจากฝุ่นคอสมิก{{sfn|Manuel|2001|pp=407–430,511–519}} ส่วนตัวประกอบอื่นของพลูโตเนียมและเนปจูเนียมนั้นเกิดขึ้นจากการจับตัวของนิวตรอนในแร่ยูเรเนียม<ref name=ofr_cut>{{cite web |url=http://www.oklo.curtin.edu.au/index.cfm |title=Oklo Fossil Reactors |publisher=Curtin University of Technology |accessdate=2008-01-15 |archive-date=2007-12-18 |archive-url=https://web.archive.org/web/20071218194159/http://www.oklo.curtin.edu.au/index.cfm |url-status=dead }}</ref>

โลกมีอะตอมอยู่ประมาณ {{val|1.33|e=50}} อะตอม<ref name=weisenberger>{{cite web |last=Weisenberger|first=Drew |url=http://education.jlab.org/qa/mathatom_05.html |title=How many atoms are there in the world? |publisher=Jefferson Lab |accessdate=2008-01-16}}</ref> ในชั้นบรรยากาศของดาว มีอะตอมอิสระของ[[ก๊าซเฉื่อย]]อยู่บ้างเล็กน้อย เช่น [[อาร์กอน]] และ [[นีออน]] ส่วนที่เหลือ 99% ของบรรยากาศจะอยู่ในรูปของโมเลกุล ซึ่งรวมไปถึง[[คาร์บอนไดออกไซด์]] [[ออกซิเจน]]โมเลกุลคู่ และ[[ไนโตรเจน]] ที่พื้นผิวของโลก อะตอมรวมตัวกันเข้าเป็นสารประกอบหลายชนิด รวมถึง [[น้ำ]] [[เกลือ]] [[ซิลิเกต]] และ[[ออกไซด์]] อะตอมสามารถรวมตัวกันกลายเป็นสสารใหม่ซึ่งไม่ได้ประกอบด้วยโมเลกุลที่แยกจากกันก็ได้ เช่น[[คริสตัล]] และ[[โลหะ]]ที่เป็นของเหลวหรือของแข็ง<ref name=pidwirnyf>{{cite web |last=Pidwirny|first=Michael |url=http://www.physicalgeography.net/fundamentals/contents.html |title=Fundamentals of Physical Geography |publisher=University of British Columbia Okanagan |accessdate=2008-01-16 }}</ref><ref name=pnas99_22_13966>{{cite journal |last=Anderson|first=Don L. |title=The inner inner core of Earth |journal=Proceedings of the National Academy of Sciences |year=2002|volume=99|issue=22|pages=13966–68|doi=10.1073/pnas.232565899 |pmid=12391308 |pmc=137819|bibcode = 2002PNAS...9913966A }}</ref>

=== รูปแบบที่พบได้ยาก และที่มีแต่ในทฤษฎี ===
ขณะที่ทราบกันดีว่า ไอโซโทปซึ่งมีเลขอะตอมสูงกว่า[[ตะกั่ว]] (82) นั้นเป็นสารกัมมันตรังสี แต่ก็มีแนวคิด "[[เกาะแห่งความเสถียร]]" สำหรับธาตุจำนวนหนึ่งที่มีเลขอะตอมสูงกว่า 103 ธาตุหนักมากเหล่านี้อาจมีนิวเคลียสที่ค่อนข้างเสถียรมากกว่าเมื่อเทียบกับสารสลายกัมมันตรังสี<ref name=cern28509>{{cite journal |title=Second postcard from the island of stability |author=Anonymous |journal=CERN Courier |date=October 2, 2001 |url=http://cerncourier.com/cws/article/cern/28509 |accessdate=2008-01-14 |archive-date=2008-02-03 |archive-url=https://web.archive.org/web/20080203031237/http://cerncourier.com/cws/article/cern/28509 |url-status=dead }}</ref> ธาตุที่มีแนวโน้มว่าจะเป็นอะตอมธาตุหนักมากที่เสถียร คือ [[อูนไบเฮกเซียม]] ซึ่งมีโปรตอน 126 ตัวและนิวตรอน 184 ตัว
<ref name=cen84_10_19>{{cite journal |last=Jacoby|first=Mitch |title=As-yet-unsynthesized superheavy atom should form a stable diatomic molecule with fluorine |journal=Chemical & Engineering News |year=2006|volume=84|issue=10|pages=19 }}</ref>

อนุภาคแต่ละตัวของสสารจะมี[[ปฏิสสาร]]ที่คู่กันเสมอโดยมีประจุไฟฟ้าที่ตรงกันข้าม ดังนั้น [[โพสิตรอน]]ก็คือแอนติอิเล็กตรอนที่มีประจุเป็นบวก และแอนติโปรตอนก็เทียบเท่ากับโปรตอนที่มีประจุเป็นลบ เมื่อสสารกับปฏิสสารของมันมาพบกัน ก็จะทำลายล้างกันและกัน ด้วยเหตุนี้ประกอบกับความไม่สมดุลระหว่างจำนวนของสสารและปฏิสสาร เราจึงพบปฏิสสารในเอกภพได้ยากมาก (สาเหตุที่มีสสารกับปฏิสสารไม่สมดุลกันนั้นยังไม่เป็นที่เข้าใจกันนัก แม้ว่าทฤษฎี[[แบริโอเจเนซิส]]จะช่วยเสนอคำอธิบายได้บ้าง) เราจึงไม่สามารถพบอะตอมของปฏิสสารได้ในธรรมชาติ<ref name=koppes1999>{{cite news |last=Koppes|first=Steve|date=March 1, 1999 |title=Fermilab Physicists Find New Matter-Antimatter Asymmetry |publisher=University of Chicago |url=http://www-news.uchicago.edu/releases/99/990301.ktev.shtml |accessdate=2008-01-14 }}</ref><ref name=cromie20010816>{{cite news |last=Cromie|first=William J.|date=August 16, 2001 |title=A lifetime of trillionths of a second: Scientists explore antimatter |publisher=Harvard University Gazette |url=http://news.harvard.edu/gazette/2001/08.16/antimatter.html |accessdate=2008-01-14 }}</ref> อย่างไรก็ดี ในปี ค.ศ. 1996 ห้องทดลอง [[CERN]] ใน[[เจนีวา]] ได้สังเคราะห์[[แอนติไฮโดรเจน]]ซึ่งเป็นปฏิสสารตรงข้ามกับไฮโดรเจนขึ้นได้สำเร็จ<ref name=nature419_6906_439>{{cite journal |last=Hijmans|first=Tom W. |title=Particle physics: Cold antihydrogen |journal=Nature |year=2002|volume=419 |pages=439–40|doi=10.1038/419439a
| pmid=12368837 |issue=6906 }}</ref><ref name=BBC20021030>{{cite news |author=Staff|date=October 30, 2002 |title=Researchers 'look inside' antimatter|publisher=BBC News |url=http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/2375717.stm |accessdate=2008-01-14}}</ref>

อะตอมประหลาดอื่น ๆ ถูกสร้างขึ้นโดยการแทนที่โปรตอน นิวตรอน หรืออิเล็กตรอนตัวใดตัวหนึ่งด้วยอนุภาคอื่นที่มีประจุเดียวกัน ตัวอย่างเช่น การแทนที่อิเล็กตรอนด้วย[[มิวออน]]ซึ่งมีมวลมากกว่า ทำให้เกิด[[อะตอมมิวออนิก]]ขึ้น อะตอมจำพวกนี้สามารถใช้ทดสอบการทำนายพื้นฐานทางฟิสิกส์ได้<ref name=ns1728_77>{{cite journal |last=Barrett |first=Roger |title=The Strange World of the Exotic Atom |journal=New Scientist |year=1990 |issue=1728 |pages=77–115 |url=http://media.newscientist.com/article/mg12717284.600-the-strange-world-of-the-exotic-atom-physicists-can-nowmake-atoms-and-molecules-containing-negative-particles-other-than-electronsand-use-them-not-just-to-test-theories-but-also-to-fight-cancer-.html |accessdate=2008-01-04 |archive-date=2007-12-21 |archive-url=https://web.archive.org/web/20071221164440/http://media.newscientist.com/article/mg12717284.600-the-strange-world-of-the-exotic-atom-physicists-can-nowmake-atoms-and-molecules-containing-negative-particles-other-than-electronsand-use-them-not-just-to-test-theories-but-also-to-fight-cancer-.html |url-status=dead }}</ref><ref name=psT112_1_20>{{cite journal |last=Indelicato|first=Paul |title=Exotic Atoms|journal=Physica Scripta |year=2004|volume=T112 |issue=1|pages=20–26 |doi=10.1238/Physica.Topical.112a00020 |arxiv = physics/0409058 |bibcode = 2004PhST..112...20I }}
</ref><ref name=ripin1998>{{cite web |last=Ripin|first=Barrett H.|year=1998 |url=http://www.aps.org/publications/apsnews/199807/experiment.cfm.html |title=Recent Experiments on Exotic Atoms |publisher=American Physical Society |accessdate=2008-02-15}}</ref>

== ดูเพิ่ม ==
* [[อนุภาคที่เล็กกว่าอะตอม]]
* [[โมเลกุล]]
* [[ไอโซโทปกัมมันตรังสี]]
* [[ธาตุหลังยูเรเนียม]]
* [[ตารางธาตุ]]

== หมายเหตุ ==
<references group=note/>

== อ้างอิง ==
{{รายการอ้างอิง|2}}

== แหล่งข้อมูลอื่น ==
{{คอมมอนส์|Atom}}
* {{cite web | last=Francis | first=Eden | year=2002 | url=http://dl.clackamas.cc.or.us/ch104-07/atomic_size.htm | title=Atomic Size (ขนาดของอะตอม) | publisher=Clackamas Community College | accessdate=2007-01-09 | archive-date=2007-02-04 | archive-url=https://web.archive.org/web/20070204073653/http://dl.clackamas.cc.or.us/ch104-07/atomic_size.htm | url-status=dead }}
* {{cite web
| last=Freudenrich | first=Craig C. | url=http://www.howstuffworks.com/atom.htm
| title=How Atoms Work (อะตอมทำงานอย่างไร) | publisher=How Stuff Works
| accessdate=2007-01-09 }}
* {{cite web
| url=http://en.wikibooks.org/wiki/FHSST_Physics_Atom:The_Atom
| work=Free High School Science Texts: Physics
| title=Atom:The Atom
| publisher=Wikibooks
| accessdate=2007-01-09
| archive-date=2006-06-13
| archive-url=https://web.archive.org/web/20060613210720/http://en.wikibooks.org/wiki/FHSST_Physics_Atom:The_Atom
| url-status=dead
}}
* {{cite web | author=Anonymous | year=2007 | url=http://www.scienceaid.co.uk/chemistry/basics/theatom.html | title=The atom | publisher=Science aid+ | accessdate=2007-01-09 | archive-date=2011-07-22 | archive-url=https://web.archive.org/web/20110722164749/http://www.scienceaid.co.uk/chemistry/basics/theatom.html | url-status=dead }}—a guide to the atom for teens.
* {{cite web
| author=Anonymous | date=2006-01-03 | url=http://www.bbc.co.uk/dna/h2g2/A6672963
| title=Atoms and Atomic Structure (อะตอมกับโครงสร้างอะตอม)
| publisher=BBC | accessdate=2007-01-11 }}
* {{cite web | author=Various | date=2006-01-03 | url=http://www.colorado.edu/physics/2000/index.pl?Type=TOC | title=Physics 2000, Table of Contents | publisher=University of Colorado | accessdate=2008-01-11 | archive-date=2008-01-14 | archive-url=https://web.archive.org/web/20080114002007/http://www.colorado.edu/physics/2000/index.pl?Type=TOC | url-status=dead }}
* {{cite web | author=Various | date=2006-02-03 | url=http://www.hydrogenlab.de/elektronium/HTML/einleitung_hauptseite_uk.html | title=What does an atom look like? (อะตอมมีหน้าตาอย่างไร) | publisher=University of Karlsruhe | accessdate=2008-05-12 | archive-date=2010-04-17 | archive-url=https://web.archive.org/web/20100417023635/http://www.hydrogenlab.de/elektronium/HTML/einleitung_hauptseite_uk.html | url-status=dead }}

{{องค์ประกอบของสสาร}}
{{อนุภาค}}

[[หมวดหมู่:อะตอม| ]]
[[หมวดหมู่:เคมี]]
[[หมวดหมู่:หลักการสำคัญของฟิสิกส์]]