إن الذرة ليست أصغر جزء من المادة فهي تحتوي الكترونات وبروتونات ونيوترونات ؛ ولكن كيف تم اكتشاف كل مكون من مكونات الذرة ؟
الذرة هى مجموعة من الأجسام المتناهية الدقة. هذه الأجسام تتكون من نواة موجبة الشحنة وغالبا ما تحتوى على البروتونات والنيترونات, كما يوجد أيضا عدد من الإلكترونات التى تعادل الشحنة الموجبة في النواة. وتدور الالكترونات في مستويات مختلفة تعرف بمستويات الطاقة، حيث يحمل المستوى الأول الكترونين فقط ويحمل المستوى الثاني ثماني الكترونات. أما المستوى الثالث فهو يحمل 18 إلكترونا. ولكل مستوى طاقة مستويات فرعية يرمز لها بالرموز s ،p, d, f . وغالباُ ما تكون الذرات متعادلة كهربياً لأن عدد الإلكترونات السالبة يساوي عدد البروتونات الموجبة، ويمكن للذرة أن تتحول إلى أيون موجب عندما تفقد الكترونا أو أكثر عن التفاعل الكيميائي كما يمكن أن تتحول إلى أيون سالب عندما تكتسب ألكترونا أو أكثر وذلك بحسب قيمة الشحنة التى تفقدها أو تكتسبها.
العنصر هو فئة من الذرات التى لها نفس عدد البروتونات في النواة. ويسمى هذا العدد بالعدد الذرى للعنصر. فمثلا, كل الذرات التى لها 6 بروتونات في النواة هى ذرات لعنصر كيميائي يسمى الكربون, كما أن كل الذرات التى لها 92 بروتون في النواة هى ذرات عنصر اليورانيوم.
أفضل توزيع وشكل للعناصر بصفة عامة في الجدول الدوري, والذى يتم وضه العناصر ذات الصفات الكيميائية المتشابهه في نفس المجموعة. كما يتم وصف العنصر بإسمه, ورمزه, وعدده الذري.
ونظرا لأن عدد البوتونات في النواة يحدد عدد الإلكترونات المحيطة بالنواة وكذلك خواصها, ونظرا لأن الإلكترونات هى التى تكون ظاهرة من العنصر للعالم الخارجى حيث أنها تقع خارج النواة فإنها تتحكم في التفاعلات, والتحولات الكيميائية التى يمكن حدوثها للعنصر. كما أن عدد النيوترونات الموجودة في النواة قد تغير من حالة العنصر كما لو أنه عنصر أخر.
النواة هي جزء من الذرة ، وهي الجزء المركزي ويتميز بكتلته الكبيرة نسبيا لباقي الذرة ، يوجد في النواة البروتونات والنيوترونات التي تتكون بدورها من الكواركات التي تعد أصغر جزء من المادة. وحسب فروض العالم (راذرفورد) تعتبر النواه هى كتله الذره وذلك لان كتله الالكترونات التى تدور حولها متناهيه في الصغر ولذك فهى تهمل وتصبح كتله الذره كلها في النواه . شحنة النواه موجبة لانها يوجد بداخلها بروتونات موجبه ونيترونات متعادله وبذلك تكون النواه موجبة الشحنة.
النواة هى المكون الاساسى للذرة حيث نجد ان النواة تتكون من البروتونات وهى موجبة الشحنة والنيوترونات المتعادلة في الشحنة وكذلك يوجد الميزون وهو جسيم صغير جدا كتلته تعادل كتلة الالكترون ولكن له شحنة موجبة وشحنة سالبة ،وينتج من تحول البروتونات إلى نيوترونات وتكون ميزونات موجبة ، وكذلك عند تحول النيوترونات إلى بروتونات وتكون ميزونات سالبة. وداخل النواة هناك قوى كبيرة جدا وهى قوى الترابط النووى وهى أكبر قوى في العالم ولكن تأثيرها يكون على مسافة صغيرة جدا وهى قطر النواة . وعند حساب كتلة البروتونات وكتلة النيوترونات الموجودةداخل النواة نجد انها أكبر من كتلة النواة ذاتها ؛وهذا يعزى إلى ان جزء من الكتلة تحول إلى طاقة تساعد في ربط مكونات النواة وهى طاقة الترابط النووى.
البروتون (تعنى كلمة بروتون الأول بالإغريقية) هو جسيم تحت ذري وبشحنة كهربائية موجبة مقدارها 1.6 × 10−19 كولوم وكتلة مقدارها 938 MeV/c2 (1.6726231 × 10−27 كغم، أو ما يقارب 1800 ضعف كتلة الإلكترون). تدل النتائج التجريبية أن البروتون جسيم مستقر، والحد الأدنى لفترة عمر النصف له 1035 سنة، بالرغم من أن بعض النظريات تنبأت بأن البروتون يمكن أن يتحلل.
تعتبر نواة النظير الأكثر شهرة لذرة الهيدروجين عبارة عن بروتون مفرد. ونويات العناصر الأخرى عبارة عن بروتونات ونيوترونات موجودة معاً عن طريق القوة النووية. ويكون عدد البروتونات الموجودة في النواة هى المسئولة عن الخواص الكيميائية للذرة وتعريف هذا العنصر الكيميائى.
يتم تصنيف البروتونات على أنها بايرون وتتكون من 2 كوارك أعلى و 1 كوارك أسفل، ويوجدوا معا أيضاً عن طريق القوة النووية، بالتداخل مع الجلون. ومعاكس المادة للبروتون هو معاكس البروتون والذى له نفس قدر شحنة البروتون ولكن بشحنة معاكسة.
ونظرا لأن القوة الإلكترومغناطيسية أكبر منقوى الجذب فإن شحنة البروتون يجب أن تكون مساوية في المقدار ومعاكسة في الشحنة للإلكترون وإلا فإن الفرق بين الشحنتين سيؤدى إلى تمدد له تأثير كبير على الكون، وأى جسم له قوة جذب (الكواكب والنجوم).
يرجع مصطلح البروتون في الكيمياء والكيمياء الحيوية إلى أيون الهيدروجين H+. وفى هذا السياق تكون المادة المعطية للبروتون حمضية والمادة المتقبلة للبروتون قلوية (راجع نظرية تفاعل الأحماض مع القلويات.)
تم اكتشاف البروتون في عام 1918 من قبل إيرنست راذرفورد. فقد لاحظ أنه عندما يتم قذف جسيمات ألفا خلال غاز النيتروجين، فإن مبينات الومضات بينت وجود نواة الهيدروجين. وقد حدد راذرفورد أن المكان الوحيد الذى يمكن أن يأتي منه الهيدروجين هو النيتروجين، وعلى هذا فإن النيتروجين لابد أنه يحتوى على نويات الهيدروجين. وقد إقترح أن نويات الهيدروجين والتى كان لها عدد ذرى يساوى 1، هي عنصر أساسي، وسماها بروتون، من الكلمة الإغريقية بروتوس والتى تعنى الأول.
النيوترون جسيم أولي (دون ذري) يحمل شحنة كهربائية متعادلة، كتلته تساوي تقريباً كتلة البروتون، يوجد في أنوية الذرات، كما يمكن أن يوجد خارجها حيث يدعى بالنيوترون الحر. النيوترون الحر غير مستقر له متوسط عمر قدره حوالي 886 ثانية ( حوالي 15 دقيقة)، حيث يتحلل بعد هذه الفترة القصيرة يتحلل إلى بروتون والكترون. كون النيوترونات غير مشحونة يجعل من الصعب كشفها أو التحكم بها، الأمر الذي أدى لتأخر اكتشافها. فقد تم اكتشافها من قبل عالم الفيزياء حامل جائزة نوبل "جيمس شادويك".
كما أن النيوتونات الحرة (الإشعاعات النيوترونية) لها قدرتها عالية على النفاذ. الطريقة الوحيدة لتغيير مسار النيوترون هي بوضع نواة في مساره، حيث يتم تصادم تام المرونة. لكن احتمال اصطدام نيوترون حر متحرك بنواة ما ضمن المادة ضعيف جداً بسبب الفرق الهائل بين حجم النيوترون أو النواة بالنسبة للذرة (أي أن الذرة تحوي فراغاً كبيراً)، مما يعطي النيوترونات قدرة كبيرة على الاختراق.
تستخدم النيوترونات في شطر أنوية العناصر الثقيلة في المفاعلات النووية الانشطارية.
وقد تم اكتشاف النيوترون من خلال التفاعل: