Con todos estos descubrimientos hoy se sabe que los átomos están formados por partículas aún más pequeñas llamadas subatómicas que son los electrones, los protones y los neutrones. Los electrones tienen carga negativa. Los protones tienen carga positiva. Los neutrones no tienen carga. Un átomo tiene el mismo número de protones que de electrones, con lo cual su carga total es cero. Por eso se dice que los átomos son neutros. En el cuadro siguiente se encuentran los valores de la carga (cuya unidad de medida es el coulomb) y la masa de cada una de las partículas subatómicas.
La mayor parte de la masa de un átomo se encuentra en el núcleo, pero éste sólo ocupa una pequeña parte del volumen total del átomo. El radio atómico mide alrededor de 100 picómetros, mientras el radio del núcleo alcanza solamente 5×10–3 picómetros (unidad utilizada para medir cosas muy pequeñas; se abrevia pm y equivale a 1×10–12 m). Pueden apreciarse los tamaños relativos del núcleo y el átomo si se piensa en el Estadio Azteca de la ciudad de México y se coloca una canica en el centro de la cancha, ésta no podría apreciarse en una vista aérea. El estadio sería el átomo y la canica, el núcleo. Los protones están en el núcleo, junto con los neutrones. Sin éstos en el núcleo, los protones se repelerían unos a otros (porque tienen la misma carga) y no podrían formarlo. De alguna manera, los neutrones neutralizan la repulsión entre los protones que tienen cargas iguales. Los neutrones fueron difíciles de descubrir porque, al no tener carga, no pueden detectarse con campos eléctricos y magnéticos.
James Chadwick ganó el premio Nobel en 1935 por descubrir los neutrones. Antes de este descubrimiento en 1932, no podía explicarse la relación entre la masa de los átomos. Se sabía que el átomo más ligero era el del hidrógeno, con sólo un protón y un electrón, mientras el helio tenía dos electrones y dos protones. Con esto se esperaba que la masa del helio fuera el doble de la del hidrógeno. Sin embargo, la masa del helio resultó cuatro veces más grande que la del hidrógeno. Ahora ya sabemos que los átomos están formados por electrones, protones y neutrones, y cada una de estas partículas tiene una masa determinada. El número de masa de un átomo se define como la suma de los neutrones más los protones. Contrario a lo que pensaba Dalton, los átomos no son como bolas de billar. Las propiedades de los átomos son diferentes porque contienen distintas cantidades de protones, electrones y neutrones.
El modelo del átomo establece que el número de protones es la característica principal de los átomos. Por eso se dice que el número de protones es como la huella digital del átomo. Así, el hidrógeno tiene un protón y todos los átomos que tengan un protón serán hidrógeno. El helio tiene dos protones, el litio tiene tres, el berilio tiene cuatro, el boro tiene cinco, el carbono tiene seis… y así sucesivamente. Si cambia el número de protones, cambia el átomo.
Otra característica de los átomos es que tienen el mismo número de electrones y protones. Esto hace que cada átomo sea eléctricamente neutro, pues los electrones tienen carga eléctrica negativa, los protones tienen carga eléctrica positiva y los neutrones no tienen carga. Así, las propiedades macroscópicas de las sustancias pueden explicarse por medio del modelo atómico.
Los electrones pueden desprenderse de los átomos si se aplica suficiente energía como para vencer la atracción que el núcleo ejerce sobre ellos (como tienen cargas contrarias se atraen). Los protones y los neutrones no pueden desprenderse fácilmente, porque éstos se encuentran en el núcleo y se necesita mucha energía para separarlos. Ésta es una de las razones por las cuales se decidió que el número de protones determinara la identidad del átomo. Los átomos tienen el mismo número de electrones que de protones, pero pueden perder y ganar electrones. Cuando se ganan o pierden electrones se forman iones. Si se añaden electrones al átomo neutro, habrá más electrones que protones. Como los electrones son negativos, habrá más cargas negativas que positivas y el átomo será negativo. Al átomo que tiene carga negativa se le llama anión. Cuando se le quitan electrones al átomo neutro, se tiene un exceso de carga positiva. A este átomo positivo se le conoce como catión. Un ejemplo es el átomo de sodio, el cual tiene 11 protones y 11 electrones; sin embargo, el sodio puede perder fácilmente un electrón, lo que da como resultado un catión sodio 1+, que tiene 11 protones, pero sólo 10 electrones; es decir ya no es eléctricamente neutro, tiene carga positiva. Otro ejemplo es el átomo de cloro, el cual tiene 17 protones y 17 electrones; no obstante, el cloro acepta un electrón, quedando con 17 protones y 18 electrones; es decir, se forma un anión cloro 1–. Tampoco es eléctricamente neutro, ahora tiene carga negativa. Se pueden ganar y perder uno o más electrones, pero no pueden ni ganarse ni perderse protones. De esta forma se generan sustancias cargadas positiva (si perdieron electrones) o negativamente (si ganaron electrones). En el cuadro se muestran algunos ejemplos para ilustrar este punto.
