از مدت‌ها قبل، انسان می‌دانست که تمام مواد از ذرات بنیادی یا عناصر شیمیایی ساخته شده‌اند. از میان این مواد، مثلا می‌توان از اکسیژن، گوگرد، و آهن نام برد. از مدت‌ها قبل، انسان می‌دانست که تمام مواد از ذرات بنیادی یا عناصر شیمیایی ساخته شده‌اند. از میان این مواد، مثلا می‌توان از اکسیژن، گوگرد، و آهن نام برد. کوچکترین ذره آهن، یک اتم آهن و کوچکترین ذره گوگرد، یک اتم گوگرد نامیده می‌شود.
آهن خالص فقط دارای اتم‌های آهن است و گوگرد خالص نیز فقط اتم‌های گوگرد دارد. اتم‌ها، جرم‌های گوناگونی دارند. سبکترین آنها اتم هیدوژن است.
اتمهای آهن بسیار سنگین‌تر از هیدروژن و اتم‌های «اورانیم» از اتم‌های آهن سنگین‌ترند، یعنی جرمشان بیشتر است. واژه اتم، از بان یونانی گرفته شده و معنای آن «ناکسستنی» یا «تقسیم ناپذیر» است.
امروزه ما می‌دانیم که اتم‌ها را هم می‌توان به اجزاء کوچک‌تری تقسیم کرد. ولی به هر حال، اگر مثلا یک اتم آهن را درهم بشکنیم، اجزاء آن شکسته شده، و دیگر آهن نسیتند و خصوصیات آهن را ندارند به این دلیل است که در بسیاری از کتاب‌های شیمی تعریف زیر در باره واژه «اتم» آورده شده است:

یک اتم، کوچک‌ترین سنگ بنای یک عنصر شیمیایی است که کلیه خصوصیات ویژه آن عنصر را دارا بوده و در صورت تقسیم آن به اجزاء کوچک‌تر، این خصوصیات را از دست خواهد داد.

اتم‌ها در مقایسه با کلیه چیزهایی که ما در زندگی معمولی خود با آنها برخورد می‌کنیم، بسیار کوچک هستند. با ذکر یک مثال می‌توان پی‌برد که اتم‌ها چقدر کوچک هستند:

برروی کره زمین تقریباً ۷ میلیارد نفر زندگی می‌کنند. اگر هر نفر را یک اتم حساب کنیم و با این اتم‌ها یک زنجیر بسازیم طول این زنجیر به زحمت ۵۰ سانتیمتر خواهد شد.

مولکول چیست؟
اتم‌ها می‌توانند برای ایجاد ذرات بزرگنر، با یکدیگر پیوند پیدا کنند و به اصطلاح «مولکول‌ها» را تشکیل دهند. به عنوان مثال، دو اتم اکسیژن با یکدیگر تشکیل یک مولکول اکسیژن را می‌دهند. در طبیعت اغلب اوقات اتفاق می‌افتد که اتم‌های عناصر مختلف به صورت مولکول با یکدیگر اتحاد می‌یابند.
یکی از معروفترین این اتحادها مولکول آب است که از یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدوژن تشکیل شده است. یک مولکول آمونیاک، یک اتم نیتروژن و سه اتم هیدوژن دارد.
آب و آمونیاک برخلاف اکسیژن و کربن، عناصر شیمیایی نیستند بلکه ترکیبات شیمیایی از عناصر متقاوت هستند. کوچکترین ذره چنین ترکیبی مولکول نامیده می‌شود. چنانچه یک مولکول آب را تجزیه کنیم خصوصیات آب از دست می‌رود و فقط ذرات تشکیل دهنده آن یعنی هیدروژن و اکسیژن باقی می‌مانند که خصوصیاتی کاملا متفاوت با آب دارند. حتی قابل اشتعال هستند.
مولکول‌ها نیز، مثل اتم‌ها به طرز غیرقابل تصوری کوچک هستند دریک لیوان آب معمولی تقریبا ۶,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰ یا ۲۴×۶ به توان ۲۴ مولکول آب وجود دارد! اگر این لوان آب را به میزان مساوی بر روی تمام اقیانوس‌ها و دریاهای کره زمین پخش کنیم، در هر لیتر از آب دریاها، چندین هزار مولکول از آب لیوان وجود خواهد داشت؟!

ساختار اتم چیست؟
تقریبا ۷۵ سال پیش «ارنست رادر فورد» در انگلستان مطلبی را کشف کرد که فیزیک اتمی جدید را بنیان گذارد. اکنون به این مطلب می‌پردازیم؛ این فیزیکدان بریتانیایی یک ورق نازک طلایی را مورد اصابت ذرات آلفا قرار داد تا درون اتم‌ها را شناسایی کند. اگر مواد در یک چنین ورق فلزی به طور متناسب و یک‌نواخت پخش بودند، ذرات آلفا در همان مسیر پرواز خود به حرکت ادامه می‌دادند، اگر چه در این حالت کمی از سرعت ذرات آلفا کاسته می‌شد. تمام «ذرات آلفا» تقریبا به همین شکل رفتار کردند. البته تعداد کمی نیز کاملا از مسیر خود منحرف شدند درست مثل اینکه به یک گلوله کوچک اما خیلی سنگین برخورد کرده باشند. رادرفورد، از این آزمایش چنین نتیجه گیری کرد که تقریبا تمام جرم اتم طلا در یک هسته بسیار کوچک و ناچیز تمرکز یافته است.
امروزه ما دقیقا می‌دانیم ساختار اتم چیست. «اتم» مانند یک منظومه شمسی کوچک است که در مرکز آن یک هسته بسیار کوچک قرار دارد که از نظر الکتریکی دارای بار مثبت است و تقریبا تمام جرم اتم را تشکیل می‌دهد به دور این هسته ذرات کوچک و بسیار سبکی که دارای بار الکتریکی منفی هستند یعنی الکترون‌ها در حرکت هستند.
اتم‌های سنگین‌ترین فلزات در وقاع دارای «ساختمانی اسفنجی» هستند و تقریبا فقط از فضای خالی تشکیل شده‌اند اگر هسته اتم را به برزگی یک گیلاس فرض کنیم، ساختمان اتم با مدارهای اکترونی خود تقریبا به بزرگی «کلیسای دم» در شهر کلن خواهد بود!
در مورد قطر هسته اتم هم باید گفت؛ ۱۰۰ میلیارد هسته اتم در کنار هم زنجیری به طول یک میلیمتر خواهند ساخت.
ساده‌ترین اتم، هیدروژن است. در این اتم فقط یک الکترون به دور هسته بسیار کوچکی می‌گردد. در شرایط عادی این اکترون فقط پنج میلیاردم سانتیمتر از هسته فاصله دارد. اما این الکترون می‌تواند روی مدارهای دورتری نسبت به هسته نیز قرار بگیرد و در اینجاست که متأسفانه وجه تشابه بین اتم و منظومه شمسی از بین می‌رود.
حرکت الکترون فقط روی مدارهای ویژه و معین یا به عبارت دیگر «تراز انرژی» مشخصی امکان‌پذیر می‌باشد، در حالیکه سیاره‌ها در هر فاصله دلخواهی از خورشید می‌توانند حرکت کنند مثلا اگر یک الکترون از یک مدار داخلی یا به عبارت دیگر از یک تراز پر انرژی‌تر به یک مدار داخلی یا یک تراز کم انرژی‌تر منتقل شود مقدار انرژی به شکل یک ذره یا «کوانت نوری» یا «فوتون» رها می‌شد، در نتیجه فقط ذره‌های نوری یا انرژی کاملا معینی نیز منتشر خواهد شد و به عبارت دیگر در نمودار موجی طول موج‌های کاملا معینی پدیدار می‌شوند که انسان ار روی آنها می‌تواند در تمام کیهان یک انم هیدروژن را باز شناسایی کند.
این مطلب برای سایر عناصر شیمیایی نیز صادق است زیر بنای علم «طیف نگاری و طیف شناسی» می‌باشد که به کمک آن مثلا می‌توان تشخیص داد چه نوع اتم‌هایی در آتمسفر خورشید وجود دارند.

اتم (Atom)
به کوچکترین ذره‌ای از ماده که ممکن است وجود داشته باشد اتم می‌گویند و فیلسوفان یونان باستان به کوچکترین ماده، غیرقابل تقسیم حتی ذهنی، اتم می‌گفتند. اما امروزه چندان در راه شناخت اتم پیش رفتند و در نتیجه دریافتند که اگر قطره آبی را آنقدر بزرگ کنیم که به بزرگی کرۀ زمین برسد، اتم‌های آن، تنها به بزرگی یک توپ بسکتبال خواد شد، یا مثلاً در مرکب نقطه‌ای که به یک جمله ختم می‌شود، سه میلیون میلیون اتم کربن وجود دارد.
موادی نظیر کربن، اکسیژن، و هیدروژن و حدود ۱۰۰ عنصر دیگر که کشف شده، عناصر شیمیایی می‌گویند، کلیه اشیائی که در پیرامون خود می‌بینیم از قبیل: چوب، سنگ، شیر، لاستیک و صدها و هزاران نوع دیگر، همه از ترکیب این صد و چند عنصر بوجود آمده‌اند. اینگونه اجسام مرکب را ترکیبات شیمیایی می‌گویند.
اغلب از این صد و چند عنصر شیمیایی نادر و کمیاب بوده و در اجسام معمولی که در اطرافمان قرار دارند، یافت نمی‌شوند و واقعا هم مواد معمولی زمین، دریا، و هوا عمدتا از ۳۰ عنصر و ترکیبات آنها ساخته شده است.
برخی از عناصر شیمیایی که نسبتا فراوان‌تر هستند، نظیر: آلومینیوم، آهن، ازت، اکسیژن، باریوم، بروم، پوتاسیم، تیتانیم، جیوه، روی، سودیوم، سرب، سیلسیوم، طلا، فسفر، فلوئور، قلع، کبالت، کربن، کلر، کلسیم، گوگرد، لیتیم، مس، منگنر، منیزیوم، نقره، نیکل، هیدروژن، و ید، هستند.

اوزان اتمی
شیمی‌دانان بر اثر آزمایش‌های خود تعداد زیادی ترکیبات شیمیایی به عمل آورده‌اند فهرستی از ارقامی که معرف اوزان اتمی عناصر است تهیه کردند. مثلا وزن اتمی اکسیژن ۱۶ و وزن اتمی منیزیم ۲۴,۳۲ و وزن اتمی هیدروژن ۱,۸۰۰ محاسبه گردید. البته باید دانست که این اعداد معنای حقیقی ندارد. زیرا نباید پنداشت که وزن یک اتم هیدروژن ده‌ها یا صدها گرم می‌باشد. حقیقت این است که در نیم کیلو هیدروژن متجاوز از ۲۵۰ میلیون میلیارد میلیارد اتم وجود دارد.
با اینکه عناصر شیمیایی بیش از ۱۰۰ قلم می‌باشد که هر یک مغایر انواع دیگر است. اما معلوم شد که تنها سه نوع ذره وجود دارد؛
– پروتون
– نوترون
– الکترون و اتم کلیه عناصر از این سه ذره ساخته شده است.

منظور از شکستن اتم چیست
کلمه «شکستن اتم» به تجزیه طبیعی یا مصنوعی هستۀ اتم به اجزای کوچکتر معنی می‌دهد، که به تولید اتم جدید، و آزاد شدن انرژی منجر می‌گردد. وقتی رادیو آکتیویته کشف شد، معلوم گردید که اتم‌های عناصر رادیو آکتیو خود به خود می‌شکنند، و هرگز ممکن نیست شکستن این اتم‌ها را متوقف نمود، یا سرعت شکست آنها را کم و زیاد کرد!
نخستین بار «رادر فورد» به سال ۱۹۱۹ موفق به شکستن هسته اتم ازت شد. او این کار را به کمک بمباران ازت با ذرات «آلفا» انجام داد، و هسته‌های اکسیژن و ئیدروژن را بدست آورد د به این ترتیب انسان موفق شد، عنصری را به عناصر دیگر تبدیل کرد.
اتم شکنی‌های اولیه با مشکلات زیادی توام بود، زیرا در بمباران با ذرات آلفا ذره باید از چند اتم بگذرد، تا به طور تصادفی با یک هسته برخورد کند. مسلما ضمن عبور از اتم‌ها نیز سرعت ذره کمتر می‌شود، به دلیل اینکه ذرات آلفا و هسته‌ها هر دو دارای بار مثبت هستند، و در حالت کلی همدیگر را دفع می‌کنند، مگر اینکه به ذره آلفا سرعت کافی داده شود، تا بر نیروی دفع غلبه کند. بنابراین در بمباران با ذرات آلفا حتما باید به آنها شتاب داده شود.
وقتی در سال ۱۹۳۲ نوترون کشف شد، بدلیل خنثی بودنش وسیله مناسبی برای شکستن اتم به حساب می‌آمد، زیرا نوترون هنگام عبور از ماده با نیروهای دافع رو به رو نمی‌شد. در اینجا نیز مقدار انرژی حاصل از یک شکافت کم است، و برای ایجاد انرژی بیشتر باید وسیله‌ای برانگیخته شود، که شکافت هسته‌ها بعد از شروع مرتبا ادامه یابد، همچنانکه در سوخت‌های معمولی احتراق بعد از شروع، مرتبا ادامه می‌بابد. خوشبختانه رها شدن نوترون‌ها بعد از شکافت این مشکل را برطرف می‌کند، و فعل و انفعال زنجیره‌ای را ممکن می‌سازد، که به نوبه خود، هستۀ اتم‌های دیگر را می‌شکافد، و به تدریج عده نوترون‌ها زیاد می‌شود و در مدتی کمتر از یک میلیونیم ثانیه، ۱۰ میلیون کیلووات ساعت، انرژی به وجود می‌آید!