Par Drew Lichtenstein, mis à jour le 30 août 2022
Un élément est une substance composée entièrement d’un seul type d’atome. Le tableau périodique répertorie tous les atomes connus, mais l’atome lui-même n’est pas la plus petite particule connue. Au lieu de cela, chaque atome est constitué de trois parties fondamentales :les électrons, les protons et les neutrons. Les protons et les neutrons sont en outre constitués de constituants encore plus petits appelés quarks.
Les électrons sont des particules élémentaires; aucune sous-structure connue n'existe. Ils portent une charge négative et déterminent les propriétés électriques d’un atome. Un atome neutre contient un nombre égal d’électrons et de protons, tandis que l’ajout ou la suppression d’électrons crée des ions – des versions chargées positivement ou négativement du même élément. Les électrons occupent des orbitales autour du noyau et sont les particules qui se lient à d'autres atomes pour former des molécules.
Les protons définissent l'identité d'un élément. Le nombre de protons dans le noyau d’un atome – son numéro atomique – détermine la position de l’élément dans le tableau périodique (l’hydrogène en a un, le carbone six, etc.). Les protons sont massifs par rapport aux électrons et, avec les neutrons, donnent leur masse à un atome. On les trouve exclusivement dans le noyau.
Les neutrons ont une masse similaire à celle des protons mais ne portent aucune charge électrique. Même si la modification du nombre d'électrons ne modifie pas l'élément lui-même, la variation du nombre de neutrons produit différents isotopes, des variantes du même élément avec des nombres de masse distincts. Certains isotopes sont instables et se désintègrent, émettant des rayonnements et libérant de l'énergie.
Les protons et les neutrons ne sont pas fondamentaux; ils sont composés de quarks – six types découverts en 1961 :up, down, charm, étrange, bottom et top. Un baryon se forme lorsque trois quarks se lient, c'est pourquoi les protons et les neutrons sont classés comme baryons. Les paires quark-antiquark forment des mésons, mais ces particules ont une durée de vie extrêmement courte, ne durant que quelques fractions de milliseconde.