Az atomelmélet a természet természetének tudományos leírása atomok és ügy amely egyesíti a fizika, a kémia és a matematika elemeit. A modern elmélet szerint az anyag apró részecskékből áll, úgynevezett atomok, amelyek viszont alkotják szubatomi részecskék. Egy adott atomjai elem sok szempontból azonosak és különböznek más elemek atomjaitól. Az atomok rögzített formában egyesülnek arányok más atomokkal képezhetik molekulák és vegyületek.
Az elmélet az idővel tovább fejlődött az atomizmus filozófiájától a modern kvantummechanikáig. Íme az atomelmélet rövid története:
Az atomelmélet filozófiai fogalomként jött létre az ókori Indiában és Görögországban. Az "atom" szó az ókori görög szóból származik atomos, ami oszthatatlan. Az atomizmus szerint az anyag diszkrét részecskékből áll. Az elmélet azonban az anyag sok magyarázatának egyike volt, és nem empirikus adatokon alapult. A Kr. E. Ötödik században a Democritus azt javasolta, hogy az anyag elpusztíthatatlan, oszthatatlan egységekből áll, amelyeket atomoknak hívnak. A római költő, Lucretius rögzítette az ötletet, így később megfontolás céljából fennmaradt a sötét korban.
A 18. század végéig tartott, amíg a tudomány konkrét bizonyítékokat szolgáltatott az atomok létezéséről. 1789-ben Antoine Lavoisier megfogalmazta a tömegmegőrzési törvényt, amely kimondja, hogy a reakciótermékek tömege megegyezik a reagensek tömegével. Tíz évvel később Joseph Louis Proust a meghatározott arányok törvényét javasolta, amely kimondja, hogy egy vegyületben az elemek tömege mindig azonos arányban történik.
Ezek az elméletek még nem utaltak az atomokra John Dalton rájuk építették a többszörös arányok törvényének kidolgozását, amely kimondja, hogy az egyes vegyületekben az elemek tömegének arányai kis egész számok. Dalton többszörös arányú törvénye a kísérleti adatokból merült fel. Azt javasolta, hogy minden kémiai elem egyetlen atomtípusból álljon, amelyet semmilyen kémiai módszerrel nem lehet megsemmisíteni. Szóbeli előadása (1803) és publikációja (1805) a tudományos atomelmélet kezdetét jelölte.
1811-ben Amedeo Avogadro kijavította a problémát Dalton elméletével, amikor azt javasolta, hogy azonos térfogatú gázok azonos hőmérsékleten és nyomáson tartalmazzák azonos számú részecskét. Az Avogadro törvény lehetővé tette az elemek atomtömegének pontos becslését, és világosan megkülönböztette az atomokat és a molekulákat.
Az atomaelmélet további jelentős hozzájárulását 1827-ben Robert Brown botanikus tette meg, aki észrevette, hogy a vízben lebegő porrészecskék véletlenszerűen mozognak ismert okok nélkül. 1905-ben Albert Einstein azt állította, hogy a Brown-mozgás a vízmolekulák mozgásának következménye. A modell és annak validálása 1908-ban, Jean Perrin támogatta az atomelméletet és a részecskeelméletet.
Eddig az atomokról gondolták, hogy az anyag legkisebb egységei. 1897-ben J.J. Thomson felfedezte az elektronot. Úgy gondolta, hogy az atomok megoszthatók. Mivel az elektron negatív töltésű volt, javasolta az atom szilva puding modelljét, amelyben az elektronokat a pozitív töltés tömegébe ágyazták be, hogy egy elektromos szempontból semleges atom jöjjön létre.
Ernest Rutherford, Thomson egyik hallgatója, 1909-ben tagadta a szilva puding modelljét. Rutherford megállapította, hogy egy atom pozitív töltése és tömege nagy részében egy atom középpontjában vagy magjában helyezkedik el. Leírt egy bolygómodellt, amelyben az elektronok keringtek egy kicsi, pozitív töltésű magon.
Rutherford a helyes úton haladt, de a modellje nem tudta megmagyarázni az atomok emissziós és abszorpciós spektrumát, sem azt, hogy az elektronok miért nem zuhantak be a magba. Niels Bohr 1913-ban javasolta a Bohri modellt, amely kimondja, hogy az elektronok csak a mag körül keringnek a magtól meghatározott távolságra. Modellje szerint az elektronok nem tudtak spirálisan bejutni a magba, de kvantumugrást tehetnek az energiaszintek között.
Bohr-modell magyarázta a hidrogén spektrális vonalait, de nem terjedt ki a több elektron atomjai viselkedésére. Számos felfedezés bővítette az atomok megértését. Frederick Soddy 1913-ban olyan izotópokat írt le, amelyek egy elem atomjának formái voltak, és különféle számú neutronokat tartalmaztak. A neutronokat 1932-ben fedezték fel.
Louis de Broglie a mozgó részecskék hullámszerű viselkedését javasolta, amelyet Erwin Schrödinger Schrödinger egyenletének felhasználásával írt le. Ez viszont vezette Werner Heisenberg bizonytalanság elvét (1927), amely kimondja, hogy nem lehet egyszerre megismerni az elektron helyzetét és lendületét.
A kvantummechanika olyan atomelmélethez vezet, amelyben az atomok kisebb részecskékből állnak. Az elektron potenciálisan bárhol megtalálható az atomban, de a legnagyobb valószínűséggel egy atomi pálya vagy energia szintjén található meg. A Rutherford modell körkörös pályáinak helyett a modern atomelmélet gömb alakú, súlyzó alakú stb. Pályákat ír le. A nagyszámú elektronokkal rendelkező atomok esetén a relativista hatások játszódnak le, mivel a részecskék a fénysebesség egy részén mozognak.
A modern tudósok kisebb részecskéket találtak, amelyek alkotják a protonokat, neutronokat és elektronokat, bár az atom továbbra is az anyag legkisebb egysége, amelyet kémiai eszközökkel nem lehet megosztani.