¿Por qué agregar solo un protón (y la mayoría de las veces algunas otras partículas) cambia tanto las propiedades de la materia?

La respuesta a esta pregunta es muy compleja, pero puedo darle una versión (sobre) simplificada. Los protones son partículas cargadas eléctricamente y, como todas las cargas, crean un campo de energía eléctrica a su alrededor. Una buena analogía para esto con la que puede estar familiarizado es el campo eléctrico que rodea un objeto con una carga estática.

Las diferentes combinaciones de protones en el núcleo establecerán diferentes tipos de campos de energía alrededor del núcleo, con diferentes niveles de energía. Los niveles de energía que se crean son muy específicos y particulares (aquí es donde entra en juego la teoría cuántica). Una analogía a esto sería ir al cine y solo se les permitiría sentarse en filas particulares dependiendo del tamaño de la pantalla y la distancia de la pantalla desde los asientos; las otras filas están bloqueadas para cualquier acceso.

Debido a los valores específicos de los niveles en el campo de energía alrededor del núcleo, los electrones que ocupan estos niveles de energía tendrán diferentes valores de energía (y también diferentes niveles de energía (principales) solo podrán contener diferentes números de electrones).

Esto es importante, ya que son los electrones los que determinan la mayoría de las características físicas y químicas de los elementos (con excepción de cosas como sus propiedades radiactivas y masas).

Son los valores de energía de los electrones los que determinan el tipo y la fuerza de unión entre los átomos del elemento que a su vez determina cosas como el punto de fusión y ebullición, la densidad, el estado a temperatura ambiente y la dureza. Es la diferencia entre los niveles de energía alrededor del núcleo lo que determina cómo los electrones se mueven hacia arriba y hacia abajo entre los niveles de energía cuando absorben y emiten energía luminosa, lo que determina el color del elemento.