“Atom”, Antik Yunanca’da “bölünemez” anlamına gelen “atomos” kelimesinden türemiştir ve kimyada, maddenin temel yapı taşlarından birini ifade eder. Her atom, pozitif yüklü bir çekirdek ve bu çekirdeğin etrafında dönen negatif yüklü elektronlardan oluşur. Çekirdek, pozitif yüklü protonlar ve genellikle nötr yük taşıyan nötronlardan oluşur. Atomlar, kimyasal elementleri oluşturur ve bu elementlerin kimyasal özellikleri, atomlarının yapısına göre belirlenir.

Örnek olarak, bir oksijen atomu düşünülebilir. Oksijen atomu, çekirdeğinde 8 proton ve genellikle 8 nötron bulundurur ve bu çekirdeğin etrafında 8 elektron döner. Bu yapısal özellikler, oksijenin kimyasal reaksiyonlara girme şeklini ve diğer atomlarla nasıl bağlar oluşturacağını belirler.

Bir başka örnek ise, karbon atomudur. Karbon atomu, 6 proton ve 6 elektron içerir. Karbonun dört valans elektronu (dış yörüngedeki elektronlar), onun oldukça çeşitli moleküller oluşturabilmesini sağlar, bu da karbonu organik kimyanın temeli yapar.

Atomlar, moleküller ve kristaller oluşturmak için birbirleriyle bağlar kurabilirler. Bu bağlar, atomların elektronlarını paylaşmaları (kovanlent bağ), elektron transferi yoluyla (iyonik bağ) veya daha zayıf etkileşimler (hidrojen bağları ve Van der Waals kuvvetleri gibi) şeklinde olabilir. Bu etkileşimler, maddenin çeşitli fiziksel ve kimyasal özelliklerini meydana getirir.

Atomlar, evrenin her yerinde bulunur ve maddenin temel yapı taşlarıdır. Atomlar, izole hallerdeki tekil elementlerden tutun da, molekülleri, hücreleri, canlı organizmaları, gezegenleri, yıldızları ve galaksileri oluşturan karmaşık yapılar dahil olmak üzere, görülebilen tüm maddenin yapı taşlarını oluşturur. İzole atomlar, özellikle laboratuvar ortamında, gazlar içinde düşük yoğunlukta bulunabilir veya plazma durumunda iyonize olabilirler.

Maddenin her formu atomlardan oluşur:

1. Gazlar: Hava gibi gazlar, serbestçe hareket eden atomlardan ve moleküllerden oluşur.
2. Sıvılar: Su gibi sıvılar, bir araya gelmiş ama hala görece serbest hareket edebilen atom ve moleküller içerir.
3. Katılar: Metaller, taşlar ve buz gibi katılar, belirli bir düzen içinde sıkıca bir arada bulunan atomlardan oluşur.
4. Biyolojik Yapılar: Canlı organizmaların hücreleri ve vücutları da çeşitli atom ve moleküllerin kompleks yapılarını içerir.
5. Yıldızlar ve Gezegenler: Yıldızlar esas olarak hidrojen ve helyum atomlarından oluşurken, gezegenler çok daha çeşitli atomları içerir.
6. Kozmik Toz ve Bulutsular: Evrende serbestçe dolaşan kozmik toz ve bulutsular, atom ve moleküllerin birikintileridir ve yeni yıldızların ve gezegenlerin oluşumuna katkıda bulunurlar.

Atomlar evrenin inşa bloklarıdır ve maddeyi oluşturan her şeyde, dolayısıyla gözlemlenebilir evrendeki her yerde bulunurlar.

Atomlar, normal mikroskoplarla gözlemlenemeyecek kadar küçüktürler, çünkü atomların boyutları ışığın dalga boyundan çok daha küçüktür. Bunun yerine, atomları gözlemlemek için özel mikroskoplar kullanılır. Bu mikroskoplar arasında en yaygın olanları şunlardır:

1. Taramalı Tünelleme Mikroskobu (Scanning Tunneling Microscope – STM): Bu cihaz, atomların yüzeylerini atomik düzeyde taramak için çok ince bir ucu kullanır. Uç ile örnek arasındaki elektriksel tünelleme akımı, atomların yerini ve hatta bazen bireysel elektronik bulutlarını bile çözebilir.
2. Atomik Kuvvet Mikroskobu (Atomic Force Microscope – AFM): AFM, bir yüzey üzerindeki atomlar arasındaki kuvvetleri ölçerek atomik çözünürlük sağlar. Bu mikroskop, bir probun yüzey üzerinde gezinmesini ve atomlar arası itme veya çekme kuvvetlerini kaydetmesini sağlar.
3. Elektron Mikroskopları: Yüksek çözünürlüklü transmisyon elektron mikroskopları (HRTEM), malzemelerin atomik yapılarını görüntülemek için kullanılır. Elektronlar, ışığın dalga boyundan çok daha kısa dalga boylarına sahip olduklarından, bu mikroskoplar atomik ve hatta subatomik seviyede detayları çözebilir.
4. X-ışını Kristalografisi: Atomları doğrudan görmese de, X-ışını kristalografisi, atomların kristaller içindeki düzenlenişini belirlemek için X-ışınlarının difraksiyonunu kullanır. Bu teknik, proteinlerin ve diğer büyük moleküllerin atomik yapısını belirlemede hayati öneme sahiptir.

Bu mikroskoplar ve teknikler, atomların ve moleküllerin yerini ve yapısını yüksek çözünürlükle görselleştirmek için kullanılır ve nanoteknoloji, malzeme bilimi, kimya ve biyoloji gibi alanlarda devrim yaratmışlardır.