Atom, (Alm. Atom, Fr. Atome, İng. Atom, Yunanca Atomos), (kuark'ın keşfine kadar. Akhenaton  Notu.) maddenin en küçük ve temel yapı taşı (olarak kabul ediliyordu. Akhenaton notu). Atom, içinde organize tanecikler bulunan ve bunlara bölünebilen yine de maddenin temel yapı taşı olarak bilinen bir birimdir. Bütün maddeleri meydana getiren (madde, boşlukta yer kaplayan ve ağırlığı olan varlık demektir.) 105 çeşit element bilinmektedir. Element, kendisinden başka özellikte maddeler çıkarılmayan saf madde demektir. İşte bu elementlerin her birini meydana getiren en küçük yapı taşları atomlardır. Aynı cins atomlar elementi meydana getirir. Mesela hidrojen ve demir birer elementtir. Çünkü yapılarında birer çeşit atom vardır. Farklı atomların bir araya gelmesinden oluşan maddelere bileşik diyoruz. Su element değil, bir bileşiktir. Oksijen ve hidrojen atomlarından meydana gelmiştir. Su, toprak, ateş, etrafımızdaki bütün maddeler, bu 105 çeşit elementin, yani bunların yapı taşı olan atomların muhtelif şekillerde bir araya gelmesi ile teşekkül etmişlerdir.

Atom, bölünemez anlamına gelir. Bir kimyasal elementin bütün özelliklerini taşıyan en küçük parçacığıdır. Gözle görülmesi imkânsız, çok küçük bir parçacıktır ve sadece taramalı tünel mikroskobu (atomik kuvvet mikroskobu) ile incelenebilir. Bir atomda, a yapılı çekirdeği saran negatif yüklü bir (elektron) bulutu vardır. Çekirdek ise pozitif yüklü protonlar ve yüksüz nötronlardan oluşur. Atomdaki proton sayısı elektron sayısına eşit olduğunda (-ki bileşik yapmamış elementlerde böyledir) atom elektriksel olarak yüksüzdür. Elektron ve proton sayıları eşit değilse bu parçacık iyon olarak adlandırılır. İyonlar oldukça kararsız yapılardır ve yüksek enerjilerinden kurtulmak için ortamdaki başka iyon ve atomlarla etkileşime girerler.

Bir atom, sahip olduğu proton ve nötron sayısına göre sınıflandırılır: atomdaki proton sayısı kimyasal elementi tanımlarken, nötron sayısı da bu elementin izotopunun tanımlar. Her elementin radyoaktif bozunma veren en az bir izotopu vardır.

Elektronlar belirli enerji seviyelerinde bulunur ve foton salınımı veya emilimi yaparak farklı seviyeler arasında geçişlerde bulunabilirler. Elektron, elementin kimyasal özelliklerini belirlemesinin yanı sıra atomun manyetik özellikleri üzerinde de oldukça etkilidir.

Atom'un Tarihi

Aristoteles'in (M.Ö. 384-322) maddeye bakışı, kendinden önce yaşamış olan filozoflara olan tepkisini ifade eder. O, Empedocles'in düşüncesine katılmış ve her şeyin dört ana maddeden yapıldığını savunmuştur. Bu dört ana madde ateş, su, toprak ve havadır. Bu dönemi izleyen çağlarda bu düşüncelere bir ilave yapılmadı, ilk kez 19. yüzyılda John Dalton modern atom kavramını ortaya attı. Dalton, kimyasal reaksiyonlarda maddenin tam sayılarla belirlenen oranlarda tepkimeye girdiğini gösterdi ve dolayısıyla, maddelerin atom denen sayılabilir ama bölünemez parçalardan oluştuğunu ifade etti. Buna ek olarak, atomların kütlelerini ortaya koyan bir tablo hazırladı.

J.J. Thomson 1897 yılında elektronu keşfetti. 1900'lü yılların başlarında Ernest Rutherford günümüz atom modelinin temelini teşkil eden yapıyı ortaya koydu: atomun, kütlesinin büyük bir kısmını oluşturan bir çekirdek ve bu çekirdek etrafında dönen elektronlardan oluşmaktadır. Rutherford çekirdeği oluşturan pozitif yüklü parçacığa proton adını verdi.

1932 yılında James Chadwick nötronu (adı; elektrik yükü 0 olduğundan, yani nötr olduğundan nötron olmuştur.) buldu ve bu sayede 1935'te Nobel Fizik Ödülü'nü aldı. Daha sonra kuantum teorisi doğrultusunda Niels Bohr, Bohr atom modelini ortaya attı ve elektronların belli yörüngelerde bulunabildiğini ve bunun Planck sabiti ile ilgili olduğunu ifade etti. Bohr'un modelinin üzerinde, daha sonraki deneylerde bulunanlarla örtüşmesi için birçok ekleme ve çıkarma yapıldı. Bohr modelinin "yamalı bohça" lakabını alması bundan ileri gelmektedir.

Atomun Yapısı

Niels Bohr'un modeli ise modern atom teorisine en yakın modeldir.Bohr'a göre elektronlar çekirdeğin çevresinde rastgele yerlerde değil,çekirdekten belirli uzaklıklarda bulunan katmanlarda döner.Bohr da tasarladığı bu modelle Nobel ödülüne de layık görüldü.

Atomun yapısını açıklayan ve bugün için kabul edilen son teori Kuantum Atom Teorisi'dir.Kuantum Atom Teorisi'ne göre atom modeli Bohr atom modelinden farklıdır.Bohr Atom Modeli'ne göre atomun merkezindeki çekirdeğin etrafında elektronlar çember şeklindeki yörüngelerde dolanmaktadırlar. Her bir çember yörünge belli enerji seviyesine sahiptir. Yörüngeler arası elektronik geçişler atomun renkli görünmesine neden olur. Ancak belli bir zaman sonra Bohr atom modelinin birçok spektrumu açıklayamadığından yetersizliği ortaya çıkmıştır.

Kuantum Atom Modeli'ne göre ise atomun merkezinde bulunan çekirdeğin etrafındaki elektronlar belli bölgelerde yani orbitallerde bulunurlar. Belli enerji seviyelerine sahip orbitaller atomu oluşturan küresel katmanlarda bulunur. Portakal kabuğu şeklinde iç içe geçmiş küresel katmanlardaki orbitallerin belli şekilleri ve açıları(yönelmeleri) mevcuttur. Orbitallerin bulunduğu katmanların enerji seviyelerinin başkuantum sayısı belirler. n = 1,2,3,... gibi tam sayılarla ifade edilir. Orbitallerin şeklini ise l yan kuantum sayıları belirler. l = 0(s), 1(p), 2(d),. .(n-1) e kadar değerler alır. Orbitallerin doğrultularını(açılarını) veren ml yan kuantum sayısı ml=-l. . .0. .+l değerlerini alır. Elektronların spini gösteren ms kuantum sayısı da +1/2 veya -1/2 değerlerini alabilir.

Bir atomun çapı, elektron bulutu da dahil olmak üzere yaklaşık 10 ^{− 8} cm mertebesindedir. Atom çekirdeğinin çapı ise 10 − 13 cm kadardır. Atomlar, boyutlarının görünür ışığın dalga boyundan çok küçük olması sebebiyle optik mikroskoplarla görüntülenemezler. Atomların pozisyonlarını belirleyebilmek için elektron mikroskobu, x ışını mikroskobu, nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi gibi araç ve yöntemler kullanılır..

Yalnız elektronlar çekirdek çevresinde ancak belirli enerji seviyelerine sahip yörüngelerde dönerler, konumları ancak bir olasılık fonksiyonu ile ifade edilebilir. Elektronlar çekirdeğin etrafında bulutsu bir şekildedir.

Atom Çekirdeği

Bir atomdaki bütün proton ve nötronlar, atomun boyutuna kıyasla çok küçük bir alana sahip olan çekirdektedir. Proton ve nötronun ikisi birden nükleon olarak adlandırılır. Bir çekirdeğin yarıçapı, toplam nükleon sayısı A olan bir atomda 1.07·³√A fm.dir . Nükleonları residual stonrg force adı verilen kısa menzilli bir çekici güç bir arada tutar. Bu kuvvet 2.5 fmden daha kısa uzaklıklarda, pozitif yüklü protonların birbirlerini itmelerine neden olan elektrostatik güçten çok daha güçlü bir kuvvettir.

Bir atomdaki proton sayısına atom numarası denir. Bir elementin bütün atomlarındaki proton sayısı aynıdır. Örneğin demirin atom numarası 26'dır ve dolayısıyla 26 proton bulunduran bütün atomlar demir elementine aittir. Bir elementin atomları arasında nötron sayısı farklılık gösterebilir. Farklı nötron sayılarına sahip aynı element atomlarına izotop denir. Nötron sayısının proton sayısına oranı çekirdeğin kararlılığını belirler.

Nötron ve protonlar farklı fermiyon türleridir. Kuantum mekaniğinin kurallarından Pauli dışarlama ilkesine göre iki benzer fermiyon aynı zaman içinde aynı kuantum durumunda bulunamaz. Yani her proton ve nötron farklı bir yerde bulunmalıdır. Bu yasak, aynı kuantum durumda bulunan bir proton ve nötron için geçerli değildir.

Barındırdığı nötron ve proton sayılarının çok farklı olduğu bir çekirdek, radyoaktif bozunmaya uğrayıp daha düşük bir enerji seviyesine geçerek nötron ve proton sayılarını birbirine yakın değerlere çeker. Birbirine yakın sayıda proton ve nötron içeren çekirdekler radyoaktif bozunmaya karşı daha kararlıdır. Ancak atom numarası arttıkça, protonların birbirlerine uyguladıkları elektrostatik itme kuvvetleri artacağından, protonlar arasına girerek bu itmeleri azaltan nötron sayısı giderek çoğalır. Bunun sonucunda atom numarası 20'nin üzerinde (20, kalsiyumun atom numarasıdır) nötron ve proton sayıları eşit kararlı çekirdekler bulunmaz. Atom numarası arttıkça, kararlı bir çekirdek için gerekli olan nötron/proton oranı 1.5'e doğru kayar.

Atom çekirdeğindeki proton ve nötron sayıları değiştirilebilse de bu çok büyük bir enerji gerektirir ve bu olay sonucunda, çekirdeğin değişmesi için emilen enerjiden daha fazla enerji dışarı salınır. Çekirdeğin daha az sayıda nükleon içeren çekirdeklere bölünmesine fizyon denir. Birden fazla çekirdeğin birleşerek daha çok nükleon içeren çekirdeklere dönüşmesine ise nükleer füzyon denir ve füzyonun gerçekleşmesi için gerekli olan enerji, nükleer fizyon için gerekli enerjiden çok daha fazladır. Yine füzyon sonucunda ortaya çıkan enerji, fizyonun ortaya çıkardığı enerjiden de fazladır. Yıldızlardaki muazzam enerji salınımının kaynağı füzyondur. Düşük enerjili yıldızlarda küçük atom numaralı çekirdekler (hidrojen, helyum), yüksek enerjili yıldızlarda ise daha büyük atom numaralı (karbon, oksijen) çekirdekler füzyona uğrar. Yıldızdaki çoğu çekirdek demire dönüştüğünde, demirin füzyonu için gerekli yüksek enerji sağlanamadığından yıldız kütlesine göre bir beyaz cüce, kızıl dev veya kara deliğe dönüşür.

Atom Teorileri

Rutherford (1911), ince bir maden (altın) levhadan alfa tanecikleri geçirdi. Alfaların çoğu, serbestçe doğru geçip binde biri, yolundan saptı. Madenler atom şebekesi olduğundan, alfaların doğru geçmesi atomların içinin boş olduğunu göstermektedir. Demek ki atomların ortasında, atomun artı elektrik yükünü ve aynı zamanda bütün kütlesini havi bir çekirdek vardır. Bu çekirdeğin çapı atomun tekmil çapından yüz bin defa daha küçüktür. Atomlar elektrikçe nötr olduğu için, çekirdek etrafında, çekirdekteki artı elektrik kadar elektron bulunması lazımdır.

Rutherford, atomları planet modeline benzeterek, elektronların boşlukta gelişigüzel hareket ettiklerini ileri sürdü. Ancak bu model, elektronların yörüngelerindeki ivmeleri dolayısıyla zamanla enerjilerini kayıp ederek, çekirdek üzerine düşmeleri gerekeceği sorusuna cevap veremedi. Bu soruya 1913 yılında Bohr, quanta yörünge modelini geliştirerek cevap verdi. Bohr, elektronların çekirdek çevresinde belirli yörüngelerinin olduğunu ve bir yörüngeden diğerine ganta atlamaları şeklinde geçtiklerini ileri sürdü. De Broglie, Bohr modelinin ortaya koyduğu serbest yörüngeleri, o andaki elektronun madde dalgasının kendi içinde kapalı olarak titreştiği ve böylece duran dalgaların meydana geldiği alanlar olarak açıkladı. Fakat bu madde dalgası fikri ile de atom yapısına fiziksel bir berraklık getirilemedi.

De Broglie'nin fikirlerinden hareket eden Schrödinger ve Heisenberg (1927) muhtelif matematik ifadelerle modern atom teorisini ortaya koymuşlardı. Bu teoriye göre, elektron için çekirdek etrafında belirli bir yol ve yörünge yoktur. Ancak elektron orbital veya yük bulutu adı verilen alanlarda bulunabilir. Elektronun bulunma ihtimalinin olduğu bölgeler Schrödinger'in ortaya koymuş olduğu dalga fonksiyonunun mutlak karesi alınarak bulunabilir.

Bugün bilinen yapıya göre atom, artı elektrik yüküne sahip protonların ve yüksüz nötronların bulunduğu bir çekirdek ile, çekirdek etrafındaki eksi elektrik yüküne sahip elektronlardan meydana gelmiştir. Bir atomdaki proton ve elektron sayıları birbirine eşit olduğunda atom nötrdür. Artı ve eksi yükler arasındaki çekim, elektronları çekirdeğe yakın tutar.

Atomun büyüklüğü

Atomun yarıçapı yaklaşık 10-8 santimetredir. 56 gram demir içinde 6,012.1023= 602.000.000.000.000.000.000.000 tane atom bulunmaktadır. Çekirdeğin yarıçapı 10-13 santimetredir. Yani çekirdeğin çapı atomun çapından 100.000 defa daha küçüktür. Şöyle ki bir atomun içini tamamen çekirdek ile doldurabilmek için 1015 çekirdek gerekir. Büyük bir stadyum ve bunun ortasında bir böcek. Atom ve çekirdeği için böyle bir örnek vermek mümkündür. Böcek atomun çekirdeği ise, elektronların bulunduğu yörüngeler stadyumun duvarlarıdır. Böyle olmasına rağmen atomun hemen hemen bütün kütlesi çekirdekte toplanmıştır. Eğer atomdaki bu büyük boşluk olmasaydı, yani elektronlar bir an için durup dönmeselerdi, dünyamız bir ev kadar küçük olurdu. Bir çay kaşığı su 1015 gr (1 milyar ton) ağırlıkta olacaktı. Böylece kendi vücudumuz dahil olmak üzere, etrafta görebildiğimiz ne varsa hepsinin hemen hemen birer boşluklar aleminden ibaret olduğunu söylemek doğru olacaktır. Atomun insan büyüklüğü yanındaki hacmi, insanın güneş büyüklüğüne nispeti gibi olup, bu nispet 1028dir. Yani 1028 adet atom bir insanı, 1028 tane insan da güneşi meydana getirir. İnsanın kainattaki yeri güneş büyüklüğü ile atom büyüklüğü ortasındadır.

Proton, nötron, elektron: Önceleri atom, maddenin son durağı bilinirdi. Daha sonra bölünemez sanılan atomda proton, nötron, elektron, mezon, nötrino gibi kütleli veya kütlesiz düzinelerce parçacık keşfedilmiştir. Nötron ve proton atom çekirdeğini teşkil eden parçacıklardır. Kütleleri birbirine yakındır. Protonların kütlesi 1,673.10-24 gram, nötronların ise 1,675.10-24 gram kadardır. Her birinin kütlesi elektronun 1836 misli kadardır. Nötronlar elektrikçe yüksüz taneciklerdir. Protonlar ise +1 (bir birim pozitif elektrik) yüklüdür. Çekirdekteki proton sayısı kadar +yük mevcut olur. Atomun nötr olması, çekirdek dışındaki elektronların sayısının proton sayısı kadar olmasındandır. Elektronlar, kütlece çok küçük olmalarına rağmen -1 (bir birim negatif elektrik) yüklü olmaları, protonun + yükünü nötrleştiriyor.

Bir atomun çekirdeğindeki proton sayısı atomun numarasını, proton ile nötron sayısı toplamı ise atomun kütlesini verir. Atom numarası aynı zamanda elektron sayısı kadardır. Elektronlar atom çekirdeği etrafında gezegenlerin güneşin etrafında döndüğü gibi dönerler. Nasıl ki güneşe en yakın gezegenin hızı en fazla ise çekirdeğe yakın elektronların hızı da en fazladır. Elektronların çekirdekten uzaklıkları, bir milimetrenin milyonda biri kadardır. Böylece saniyedeki hızları 1000-150.000 km olan elektronlar çekirdek etrafında küçücük yollarında milyarlarca defa dönmektedirler.

Elektron hızında giden bir tren saniyede Haydarpaşa'dan Erzurum'a birkaç kere gidip gelebilir. İşte elektronların bu yüksek hızından dolayı atomların içi dolu gibi görünüyor. Boşluklu olduğu halde, maddelerin içinin dolu sanıldığını, ilk olarak bulan ve kitaplarında yazan, başta Mektubat olmak üzere birçok kıymetli kitapların yazarı büyük İslam alimi İmam-ı Rabbani Ahmed Faruki Serhendi hazretleridir.

Atomu Organize Halde Tutan Kuvvetler

Atomu gerek kendi içinde muhafaza etmekte, gerekse diğer atomlarla olan hareketlerini düzenlemede dört kuvvet rol oynar. Çekim kuvveti, zayıf kuvvet, elektromanyetik kuvvet ve nükleer kuvvet. Gezegenleri güneş sisteminde tutan kuvvet, çekim kuvvetidir. Aynı tür kuvvet atom ve molekülleri bir arada tutan kuvvettir. Çekirdek etrafında korkunç bir hızla dönen elektronların kaçıp gitmelerini önleyen kuvvet elektromanyetik kuvvettir. Bu kuvvet ters işaretli elektrik yüklerinin birbirini çekmesi şeklinde tezahür eder. Çekirdekte bulunan protonların aynı işarette elektrik yükü ile yüklü bulunmalarına rağmen, birbirlerini itmeyip, bilakis çok yakın durmalarını gerçekleştiren kuvvet nükleer kuvvettir. Bu kuvvetler birbiri ile kıyas edilemeyecek kadar farklı şiddetlerde oldukları halde atomu büyük bir düzen ile kurarlar.

Periyodik Sistem

1867 senesinde Mendelyef ve Lothar Meyer isminde iki kimyager, birbirinden haberi olmadan 105 elementten, o gün bilinenleri, atom ağırlığına göre soldan sağa doğru sıra ile yazmış, birkaç elementten sonra gelenlerin kimya özelliklerinin tekrar baştakilere benzediğini görmüş, bunları baştakilerin altına yazmıştır. Böylece yedi satır meydana gelmiştir. Her satıra devre (periyot) denir. Alt alta olan elementlerin kimyasal özellikleri aynıdır. Bunlara, yukarıdan aşağı, bir grup denir. Yan yana sekiz grup vardır. Yüz beş elementin yedi devir ve sekiz grup teşkil etmek üzere sıralanmasına periyodik sistem (veya devr-i tasnif) denir.

Elektron Yörüngeleri

Elementlerde basitten karmaşığa doğru gidildikçe proton sayısı artmakta, dolayısıyla çekirdeğin pozitif elektrik yükü de fazlalaşmaktadır. Elektron sayısının da bu oranda artacağı meydandadır. Nitekim atom numarası 1 olan hidrojenin 1 proton ve 1 elektronu vardır. Atom numarası 2 olan Helyumun 2 proton ve 2 elektronu vardır. 92 numaralı uranyumun 92 protonu ve 92 elektronu vardır.

Bir atomun bütün protonları çekirdekte bulunurken, elektronların atomdaki mevzilenme durumları oldukça komplekstir. Elektronlar çekirdeğin etrafında belli mesafelerdeki yörünge gruplarına belli sayılarla yerleşirler. Her yörünge grubunun elektron kapasitesi bellidir. Yörünge gruplarına elektron zarfı veya tabakası ismi verilir. Elektron zarfları içten dışa doğru K,L,M,N,O,... diye isimlendirilir. Her bir zarfın alabileceği maksimum elektron miktarı zarf numarasının karesini iki ile çarpmak suretiyle bulunabilir.

K zarfı:2 . 12 =2elektron
L " : 2 . 22 =8 "
M " :2 . 32 =18 "
N " :2 . 42 =32 "

Bu zarflar ayrıca alt yörüngelere ayrılır. Bunlar da içten dışa doğru s,p,d,f harfleri ile temsil edilirler. Bir zarfta bulunan elektronlar bu alt yörüngelere dağılmıştır. Hidrojen atomunun tek elektronu K zarfında, helyum atomunun ikinci elektronu yine K zarfında, Helyum atomunun ikinci elektronu yine K zarfında, lityum ise 3 elektronlu olduğundan, 3'üncü elektronu K zarfına sığmayıp, L zarfının ilk yörüngesi s'ye yerleşir. 6 elektronlu karbon atomunda K ile L zarflarının iki alt zarfı (1s, 2s ile temsil edilirler) ikişer elektron aldığından, kalan iki elektron L zarfının p alt yörüngesine geçer. s, p, d ve f alt zarflarının da maksimum elektron alabilme kapasiteleri sırasıyla 2, 6, 10 ve 14'tür.

Atomların en dıştaki zarfında 8'den fazla elektron bulunmaz. Sekizden fazla olanlar bir sonraki zarfa geçer. Mesela potasyumun 19 elektronu vardır. 2'si K zarfında, 8'i L zarfında bulunur. Geriye kalan 9 elektronu M zarfında yer alabileceği halde, sadece 8'i M zarfında kalır, kalan tek elektron N zarfına geçer. Son zarfında 8 elektron bulunan atomlar kararlı atomlardır. Bu yüzden atomlar bu kararlı hale geçmek için ya elektron alma veya verme eğilimi gösterir. İşte bu eğilim yüz binlerce çeşit bileşiğin teşekkülüne sebep olur. Mesela sodyum'un M zarfında 1 elektronu vardır, klorun ise M zarfında 7 elektronu vardır. Sodyum atomu 1 fazla elektronunu 1 eksik elektronu bulunan klor atomuna verirse, her ikisi de kararlı hale gelir. Bu alışveriş sonucu sodyum atomu elektrikçe nötr halden çıkar, pozitif yüklü bir iyon (katyon), klor ise negatif yüklü bir iyon (anyon) olur. Bu iki zıt yükün çekim kuvveti sonucu sodyum ve klor atomu birleşerek sodyum klorür (NaCl) denilen bileşiği (yemek tuzu) meydana getirirler.

Atom Ağırlığı

Bir elementin bir atomunun ağırlığıdır. Mesela 6,02.1023 tane hidrojen atomu 1 gr geldiğinden 1 tek hidrojen atomunun ağırlığı 1/6,02.1023 gr olur. Bu rakam oldukça küçük olduğundan genellikle Avagadro sayısı (1 mol) kadar atomun ağırlığından söz edilir. Böylece 1 mol Fe atomu 56 gr, 1 mol oksijen atomu 16 gr olur.

Atom Kütlesi

Bir kimyasal elementin atomlarının ortalama kütlesinin standart bir kütleye oranıdır. Söz konusu standart kütle 1961'de karbon-12 izotopunun bir atomunun kütlesinin 1/12'si olarak seçilmiştir. Buna atomik kütle birimi (akb) denir. Böylece hidrojenin atom kütlesi 1, oksijenin atom kütlesi 16 ve demirin atom kütlesi 56 olur.

Atom Numarası

Elementlerin çekirdeklerindeki proton sayısına göre küçükten büyüğe doğru sıralandıkları periyodik tabloda, her elementin sıra numarası. Yüksüz bir atomda elektronların sayısı protonların sayısına eşit olup, bu sayı atom numarasıdır. Mesela, 7 protonu bulunan azotun atom numarası 7, 8 protonu bulunan oksijenin atom numarası 8'dir.

Atomaltı Parçacıkları

Atom sözcüğü her ne kadar “daha küçük parçacıklara bölünemeyen” gibi bir anlam taşısa da, çağdaş bilimde atom “atomaltı parçacıkların birleşimi” olarak tanımlanır. Atomdaki üç temel parçacık elektron, proton ve nötrondur. Bütün elementlerin atomlarında bu üç parçacık mutlaka bulunur; tek istisnası hidrojen-1 atomudur ki bu atomda nötron yoktur. Ayrıca herhangi bir hidrojen katyonunun elektronu da yoktur. Bundan dolayı hidrojen-1 atomunun katyonuna proton da denir.

Negatif yüklü olan elektron, bu parçacıklar arasında 9.11⁻³¹ kg ile en hafif olanıdır. Boyutlarının ölçümü mevcut tekniklerle mümkün değildir. Proton pozitif yüklüdür ve kütlesi, 1.6726⁻²⁷ kg, yani elektronun kütlesinin 1836 katıdır. Protonun kütlesi, atomdaki bağlanma enerjisine göre değişiklik gösterip azalabilir. Nötron ise yüksüz bir parçacıktır ve kütlesi 1.6929⁻²⁷kg'dır. Nötron ve protonların boyutları, her ne kadar yüzeyleri tam olarak tanımlanamasa da, birbirlerine yakın değerdedir.

Standart modele göre, proton ve nötronlar kuark adı verilen temel parçacıklardan oluşurlar. Kuarklar bir çeşit fermiyondur ve maddenin iki temel bileşeninden (diğer bileşen leptondur) biridir. Her biri +2/3 veya -1/3 yüklü olan altı çeşit kuark vardır. Protonlar iki yukarı kuark bir tane de aşağı kuarktan oluşur. Böylece yükü " 2.(+2/3) + 1.(-1/3)= +1 ", yani pozitif olur. Nötronlar ise iki aşağı kuark bir de yukarı kuarktan oluşur ve "1.(+2/3) + 2.(-1/3) = 0" sonucu yüksüz olurlar. (Bu hesaplarda +2/3 yukarı kuark, -1/3 ise aşağı kuarkları gösteriyor). Bileşimlerindeki bu farklılık yüklerinin yanı sıra kütlelerinin de değişik olmasına neden olur. Kuarkları, gluonlar aracılığıyla, güçlü çekirdek kuvveti bir arada tutar. Gluon, fiziksel kuvvetleri sağlayan gauge bozonlarından biridir.