Nguyên tử làm bằng gì? Hình dạng ra sao?
Ở mức mô tả thô thiển nhất, cấu trúc của một nguyên tử là như sau: một nhân được tạo nên từ các proton và nơtron, có các electron ở xung quanh. Nhân rất bé, khoảng 10-15 met. Các electron ở tương đối xa, cách nhân chừng 10-10 met, được phân bố trên các mức năng lượng mà mỗi mức chỉ có thể chứa một số electron nhất định nào đó.
Proton và nơtron là các hạt giống nhau, gấp khoảng 2.000 lần khối lượng electron. Người ta thường đặt cho chúng một các tên chung là nuclon. Nhưng proton tích điện dương, ngược lại với electron, còn nơtron là... trung tính. Số electron bằng số proton nên toàn bộ nguyên tử là trung tính. Số nơtron thường vượt qua số proton, nhưng vẫn theo cùng trật tự. Đến lượt mình, nuclon cũng có cấu trúc: trong những năm 1970, các thí nghiệm làm khuếch tán electron tăng tốc tới proton hoặc nơtron đã chứng minh rằng mỗi loại hạt này được tạo nên từ ba quark, liên kết chặt với nhau nhờ các “gluon”. Theo hiểu biết hiện nay, quark, gluon và electron không có cấu trúc: đó thật sự là những hạt cơ bản. Còn vấn đề hình dạng của nguyên tử, vật lý lượng tử đã cho thấy nó không có nhiều ý nghĩa. Hình dạng của một nguyên tử có thể do hình học của tập hợp điện tử đi kèm xác định. Không có quỹ đạo cho các electron nguyên tử, vì vậy không có dạng hình học thật xác định. Vật lý lượng tử quy cho electron (cũng như cho bất kỳ hạt nào khác) các tính chất vừa là hạt vừa là sóng. Đặc biệt, nó mô tả electron của nguyên tử bằng một “chức năng sóng” quy định xác suất có mặt một electron ở một vị trí và một thời điểm nhất định. Từ đó là khái niệm mây điện tử: ngươi ta thường biểu thị nguyên tử như một nhân được bao quanh bằng một vùng khuếch tán, một đám mây có các phần xẫm hoặc nhạt tùy theo xác suất có mặt electron ở đó nhiều hay ít. Hình dạng của đám mây điện tử tùy thuộc vào chức năng sóng, tức 1à trạng thái lượng tủ[1] trong đó có các electron. Đám mây đôi khi có đối xứng dạng cầu, nhưng không phải là trường hợp chung.
