Frumeind

Frumeind eða atóm er smæsta aðgreinanlega eining frumefnis, sem jafnframt hefur efnafræðilega eiginleika þess til að bera. Frumeind er þannig grundvallareining efna og helst óbreytt í efnahvörfum. Hver frumeind er úr þremur gerðum einda: Frumeindakjarni er gerður úr nifteindum sem ekki hafa rafhleðslu og róteindum sem eru jákvætt hlaðnar. Umhverfis kjarnann eru rafeindir sem eru með neikvæða hleðslu. Frumefnin eru skilgreind út frá fjölda róteinda í kjarnanum. Allar frumeindir sem hafa 11 róteindir í kjarna, sem dæmi, eru þannig natrínfrumeindir, og allar frumeindir sem eru með 29 róteindir eru koparfrumeindir. Frumeindir með sama fjölda róteinda en mismunandi fjölda nifteinda eru kallaðar samsætur (ísótópar) sama frumefnis.

Frumeindir eru að jafnaði um 100 píkómetrar í þvermál. Eitt mannshár er jafnbreitt og um milljón kolefnisfrumeindir. Frumeindir eru smærri en minnsta bylgjulengd sýnilegs ljóss, sem þýðir að menn geta ekki greint frumeindir í hefðbundnum smásjám. Þær eru svo smáar að sígild eðlisfræði nægir ekki til að skýra hegðun þeirra vegna skammtahrifa.

Yfir 99,94% af massa frumeindar er í kjarnanum. Róteindir eru jákvætt hlaðnar og nifteindir óhlaðnar svo kjarninn sjálfur er jákvætt hlaðinn. Rafeindirnar eru neikvætt hlaðnar og þessi gagnstæða hleðsla bindur þær við kjarnann. Ef fjöldi róteinda og rafeinda er jafn mikill, eins og oftast er, er frumeindin sjálf hlutlaust hlaðin. Ef rafeindirnar eru fleiri en róteindirnar fær frumeindin neikvæða hleðslu og nefnist neikvætt hlaðin jón (anjón eða forjón). Ef róteindirnar eru hins vegar fleiri fær frumeindin jákvæða hleðslu og nefnist jákvætt hlaðin jón (katjón eða bakjón).

Rafsegulkraftur dregur rafeindirnar að kjarnanum, meðan róteindir og nifteindir bindast með kjarnakrafti. Kjarnakrafturinn er oftast sterkari en rafsegulkrafturinn sem hrindir jákvætt hlöðnu róteindunum frá hver annarri. Undir vissum kringumstæðum verður rafsegulkrafturinn kjarnakraftinum yfirsterkari og kjarninn klofnar. Við það verða til tvö ný frumefni. Regluleg kjarnasundrun einkennir geislavirk efni.

Frumeindir geta bundist öðrum frumeindum með efnatengjum og myndað sameindir og kristalla. Sameindir ólíkra frumefna nefnast efnasambönd. Efnahvörf, þar sem frumeindir losna og bindast með ýmsum hætti, eru á bak við flestar umbreytingar sem verða í efnisheiminum. Efnafræði er fræðigrein sem fæst við rannsóknir á þessum breytingum.