A teoria atômica é uma descrição científica da natureza da átomos e importam que combina elementos de física, química e matemática. Segundo a teoria moderna, a matéria é feita de pequenas partículas chamadas átomos, que por sua vez são constituídas por partículas subatômicas. Átomos de um dado elemento são idênticos em muitos aspectos e diferentes dos átomos de outros elementos. Os átomos combinam-se em proporções com outros átomos para formar moléculas e compostos.
A teoria evoluiu ao longo do tempo, da filosofia do atomismo à mecânica quântica moderna. Aqui está uma breve história da teoria atômica:
A teoria atômica se originou como um conceito filosófico na Índia e na Grécia antigas. A palavra "átomo" vem da palavra grega antiga atomos, o que significa indivisível. Segundo o atomismo, a matéria consiste em partículas discretas. No entanto, a teoria era uma das muitas explicações para a matéria e não se baseava em dados empíricos. No século V aC, Demócrito propôs que a matéria consistisse em unidades indestrutíveis e indivisíveis chamadas átomos. O poeta romano Lucrécio registrou a idéia, por isso sobreviveu durante a Idade das Trevas para consideração posterior.
Demorou até o final do século 18 para a ciência fornecer evidências concretas da existência de átomos. Em 1789, Antoine Lavoisier formulou a lei de conservação de massa, que afirma que a massa dos produtos de uma reação é a mesma que a massa dos reagentes. Dez anos depois, Joseph Louis Proust propôs a lei de proporções definidas, que afirma que as massas de elementos em um composto sempre ocorrem na mesma proporção.
Essas teorias não se referiam a átomos, ainda John Dalton construído sobre eles para desenvolver a lei de múltiplas proporções, que afirma que as proporções de massas de elementos em um composto são pequenos números inteiros. A lei de Dalton de múltiplas proporções foi extraída de dados experimentais. Ele propôs que cada elemento químico consistisse em um único tipo de átomo que não pudesse ser destruído por nenhum meio químico. Sua apresentação oral (1803) e publicação (1805) marcaram o início da teoria atômica científica.
Em 1811, Amedeo Avogadro corrigiu um problema com a teoria de Dalton quando propôs que volumes iguais de gases em temperatura e pressão iguais contenham o mesmo número de partículas. A lei de Avogadro tornou possível estimar com precisão as massas atômicas dos elementos e fez uma distinção clara entre átomos e moléculas.
Outra contribuição significativa à teoria atômica foi feita em 1827 pelo botânico Robert Brown, que notou que as partículas de poeira flutuando na água pareciam se mover aleatoriamente sem motivo conhecido. Em 1905, Albert Einstein postulou que o movimento browniano era devido ao movimento das moléculas de água. O modelo e sua validação em 1908 por Jean Perrin apoiavam a teoria atômica e a teoria de partículas.
Até esse ponto, acreditava-se que os átomos eram as menores unidades de matéria. Em 1897, J.J. Thomson descobriu o elétron. Ele acreditava que os átomos poderiam ser divididos. Como o elétron carregava uma carga negativa, ele propôs um modelo de pudim de ameixa, no qual os elétrons foram incorporados em uma massa de carga positiva para produzir um átomo eletricamente neutro.
Ernest Rutherford, um dos alunos de Thomson, refutou o modelo de pudim de ameixa em 1909. Rutherford descobriu que a carga positiva de um átomo e a maior parte de sua massa estavam no centro, ou núcleo, de um átomo. Ele descreveu um modelo planetário no qual os elétrons orbitavam um pequeno núcleo com carga positiva.
Rutherford estava no caminho certo, mas seu modelo não podia explicar os espectros de emissão e absorção de átomos, nem por que os elétrons não colidiram com o núcleo. Em 1913, Niels Bohr propôs o modelo de Bohr, que afirma que os elétrons apenas orbitam o núcleo a distâncias específicas do núcleo. De acordo com seu modelo, os elétrons não podiam entrar em espiral no núcleo, mas podiam dar saltos quânticos entre os níveis de energia.
O modelo de Bohr explicou as linhas espectrais do hidrogênio, mas não se estendeu ao comportamento dos átomos com múltiplos elétrons. Várias descobertas expandiram a compreensão dos átomos. Em 1913, Frederick Soddy descreveu isótopos, que eram formas de um átomo de um elemento que continha diferentes números de nêutrons. Os nêutrons foram descobertos em 1932.
Louis de Broglie propôs um comportamento ondulatório de partículas em movimento, que Erwin Schrödinger descreveu usando a equação de Schrödinger (1926). Isso, por sua vez, levou ao princípio da incerteza de Werner Heisenberg (1927), que afirma que não é possível conhecer simultaneamente a posição e o momento de um elétron.
A mecânica quântica levou a uma teoria atômica na qual os átomos consistem em partículas menores. O elétron pode ser encontrado potencialmente em qualquer lugar do átomo, mas é encontrado com a maior probabilidade em um nível orbital ou de energia atômica. Em vez das órbitas circulares do modelo de Rutherford, a teoria atômica moderna descreve orbitais que podem ser esféricos, em forma de halteres, etc. Para átomos com um número alto de elétrons, efeitos relativísticos entram em cena, uma vez que as partículas estão se movendo a uma fração da velocidade da luz.
Os cientistas modernos descobriram partículas menores que compõem os prótons, nêutrons e elétrons, embora o átomo continue sendo a menor unidade de matéria que não pode ser dividida usando meios químicos.