بنية المادة وتركيبها
الجزيئات والذرات
كل المواد في العالم تتكون من أجسام متناهية الصغر تسمى "
الذرات". كل ذرة تتشكل من نواة (تتكون من
نيوترونات وبروتونات) وتدور حولها أجسام تسمى
الإلكترونات. وما يَحكم نوع الذرة (أي
العنصر الذي تنتمي إليه) هو عدد البروتونات فيها، بينما الإلكترونات لا تؤثر إلا على استقرار الذرة وبعض الأمور الأخرى التي لا تحكم نوعها. أما النيوترونات فهي أيضاً لا يُمكن أن تغير نوع العنصر الذي تنتمي إليه الذرة إن تغير عددها، لكن لها بعض التأثير، وإذا ما كانت هناك ذرتان لنفس العنصر بعددي نيوترونات مختلفين فحينها يُسمّيان "
نظيرين"
[14][15]. وكل عنصر يملك العديد من النظائر، والتي تُسمى بالأرقام (أي لا توجد لها أسماء أو رموز خاصة، بل يُشار إليها بالأرقام مثل "نظير الهيليوم-3").
الذرات لا يُمكن أن تستقر بأي عدد لكل من الجسيمات الثلاث التي تكوّنها. وإلا لكانت توجد ملايين العناصر في الكون، لكن في الواقع، العناصر الطبيعية في الكون هي 92 فقط (وتوجد بعض العناصر التي أنتجت في المختبرات). والسبب أنه لا يُمكن للذرة أن تحظى بالاستقرار بعدد بروتونات أعلى من 92، حيث
تنحلّ إلى عناصر أخف. وأيضاً، في معظم الذرات يكون عدد الإلكترونات والبروتونات متساوياً، وذلك لأن شحنة الإلكترون هي 1-
ش.أ، بينما شحنة البروتون هي 1+ ش.أ. وبما أن النيوترونات متعادلة الشحنة، فعندما يستاوى عدد البروتونات والإلكترونات في الذرة تصبح متعادلة الشحنة، وهذا يجعلها مستقرة. بينما تميل معظم الذرات غير متعادلة الشحنة إلى الانقسام إلى عناصر أبسط
[14]. وإضافة إلى ذلك، فلاستقرار الذرة يجب أن يكون هناك عدد كاف من النيوترونات في النواة. والسبب هو أن البروتونات موجبة الشحنة ومن ثم فإنها تتنافر، وتحتاج عدداً من النيوترونات لكي تحفظها معاً
[16]. أما عن طريقة حفظ النيوترونات للبروتونات متجمعة في النواة، فهذا يتم بالتفاعل
بالقوة النووية الشديدة والتي يحملها كلا البروتونات والنيوترونات (بحملهم
للغلوونات).
وتكون الذرات مترابطة مع بعضها في ما يُعرف بـ"
الجزيئات". كل مادة لها جزيء مختلف عن المواد الأخرى. وتشكيلة الذرات في الجزيء هي التي تحكم خصائص المادة. أحيانا يحتوي الجزيء على ذرات لعناصر مختلفة، وحينها يُسمى "
مركباً". فمثلاً،
الهواء هو مركب
[17]، لأن جزيء الهواء يحتوي على عناصر عديدة منها
الأوكسجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون[18]. وهناك جزيئات بسيطة بحيث تتكون من بضع ذرات فقط، مثل جزيء
الماء الذي يتكون من ثلاث ذرات (ذرتا
هيدروجين وذرة أوكسجين)
[19]. بينما توجد جزيئات غاية في التعقيد، وأعقد الجزيئات المعروفة هو جزيء
البروتين، حيث يتكون من عشرات أو حتى مئات آلاف الذرات
[17].