A kémiai elem legkisebb egységét, amely az adott elem tulajdonságaival rendelkezik, atomnak nevezzük. Sok elem (pl. a hélium) egyetlen atomként fordul elő. Más elemek egynél több atomból álló molekulák formájában fordulnak elő. A rendszerint kétatomos molekulaként előforduló elemek közé tartozik a hidrogén, a nitrogén, az oxigén és a halogének, de az oxigén háromatomos formában, ózonként is előfordul. A foszfor általában tetratomi molekulaként fordul elő, a kristályos kén pedig nyolc atomot tartalmazó molekulaként.
Függetlenül attól, hogy az elem hány atomból áll, minden atomnak ugyanannyi proton van az atommagjában, és ez különbözik bármely más elem atommagjában lévő protonok számától. Így ez a szám, az úgynevezett atomi szám (at.-szám) határozza meg az elemet. Például a szén elem olyan atomokból áll, amelyek at.-száma 6, azaz mindegyiknek 6 proton van az atommagjában; minden olyan atom, amelynek at.-száma 6, szénatom. 2016-ra 118 elemet ismertek, a hidrogéntől kezdve az 1 at-számú hidrogénen át a 118 at-számú óganessonig. (Az elemek betűrendes felsorolását az Elemek című táblázatban találjuk, amely tartalmazza az elemek szimbólumait, atomszámát, atomtömegét, olvadás- és forráspontját.) A legtöbb atom atommagja neutronokat is tartalmaz. Az atommagban lévő protonok és neutronok összesített számát tömegszámnak nevezzük. Például egy olyan szénatom tömegszáma, amelynek atommagjában 6 proton és 6 neutron van, 12.
Bár egy elem minden atomjának azonos számú proton van az atommagjában, nem biztos, hogy mindegyiknek azonos számú neutronja van. Egy elem azonos tömegszámú atomjai alkotják az elem izotópját. Minden ismert elemnek vannak izotópjai; egyeseknek több van, mint másoknak. A hidrogénnek például csak 3 izotópja van, míg a xenonnak 16 izotópja. Körülbelül 300 természetesen előforduló izotópot ismerünk, és több mint 2500 radioaktív izotópot állítottak elő mesterségesen (lásd szintetikus elemek). A szénnek 13 izotópja van, amelyeknek az atommagjában 2-től 14 neutron van, ezért tömegszáma 8-tól 20-ig terjed.
Nem minden elemnek van stabil izotópja. Némelyiknek csak radioaktív izotópjai vannak, amelyek bomlásuk során más izotópokat képeznek, általában más elemekből (lásd radioaktivitás). Néhány esetben egy elem összes izotópja nagyon instabil, és az elem ezért nem fordul elő a természetben. A Földön a természetben ismert elemek közül csak 94 fordul elő. Ezek közül 6 más elemek bomlásával keletkezett parányi mennyiségben fordul elő. Ezt a 6 rendkívül ritka és a természetben egyáltalán nem előforduló elemet akkor fedezték fel, amikor laboratóriumban állították elő őket; ezeket gyakran nevezik mesterségesen előállított vagy szintetikus elemeknek.
Az atomok nem túl nagy tömegűek; egy szénatom tömege körülbelül 2 10?23 gramm. Mivel az atomoknak ilyen kis tömegük van, a grammnál jóval kisebb mértékegységet használnak. A jelenlegi (1960?61-ben elfogadott) rendszerben az atomtömeg mértékegysége, az úgynevezett atomi tömegegység (amu) pontosan 1?12 szén-12 atom tömegének felel meg. Egy elem atomtömege az összes természetesen előforduló izotóp atomtömegének átlaga (súlyozott átlaga). A szénnek két fő természetesen előforduló izotópja van, a szén-12 és a szén-13. A szén-12, amelynek tömege pontosan 12 amu, a természetben előforduló szén 98,89%-át teszi ki; a szén-13, amelynek tömege 13,00335 amu, 1,11%-át. (A radioaktív szén-14 izotópnak is vannak kis nyomai.) Az elem atomtömegét úgy határozzuk meg, hogy az egyes izotópok százalékos gyakoriságát megszorozzuk az izotóp atomtömegével, ezeket a termékeket összeadjuk, és elosztjuk 100-zal. Az izotópbőséget azonban gyakran a forrás közege – szilárd, folyékony vagy gáz – határozza meg, és az átlagos atomtömeg ingadozhat. Így a szén esetében /100?=?12,01115, ami a szén atomtömege amu-ban, de mivel az izotópok aránya attól függően változik, hogy hol található a szén, a szén atomtömegét most egy intervallumként fejezzük ki, amelyet az alsó és felső határértékek határoznak meg, amelyek között az atomtömeg mozog: . Egyes szintetikus elemek csak pillanatnyilag léteznek néhány rövid életidejű izotóp formájában; ezekben az esetekben az atomsúly fogalma nem alkalmazható.
- Bevezetés
- Az atom
- Az elemek tulajdonságai
- Az elemek hivatalos jelképei és nevei
- Az elemek az idők folyamán
- Bibliográfia
.