这一切都始于原子，物质和化学的基本组成部分（炼金术是它的古代名称），化学是物理科学的一个分支，它调查或研究并确定物质的组成和结构，研究不同的性质，包括物理的颜色、气味、质地和化学成分，比如熔点、压力、密度、溶解度、极性等等。这些原子构成了元素。当代的许多科学家都在努力地制作元素周期表，以帮助后代成功地确定原子之间的关系，预测反应，并准确地量化和识别原子的变化和由此产生的能量。
如果原子构成元素，那么元素构成分子。原子有亚原子粒子，称为质子（+），电子（-）和中子（中性或零电荷）。在上面引用的元素周期表中，现在共有118种元素。这些元素中大约95种是自然产生的，其余的是实验室合成或人工生产的。质子和中子紧密地嵌在原子核内。原子中的质子数决定了它们是什么元素。原子序数总是等于质子数，而且对于一个特定的元素，质子数永远不会改变。氢有一个质子，所以它的原子序数是1。原子质量是质子和中子的总和。当存在同位素（中子数不同的元素）时，考虑到每个同位素的丰度，原子质量成为所有同位素原子质量的平均值。
电子围绕在原子核周围。量子力学的进步使我们认识到自然界既是粒子又是波的二元性。电子现在被认为最有可能位于电子轨道云中。对于化学反应，只涉及电子。分子是指在共享电子的元素之间以共价键或化学键存在的元素。元素组成分子，而分子是元素通过共价键结合而成的。两种基本的分子类型：同核的，当两种元素是相同的，如双原子氢（H2）和异核的，当两种元素是不同的，如一氧化碳（CO）。
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