化学元素の最小単位で、その元素の特性を持つものは原子と呼ばれます。 多くの元素（例えば、ヘリウム）は単一の原子として発生します。 他の元素は複数の原子からなる分子として存在する。 通常、2原子分子として存在する元素には、水素、窒素、酸素、ハロゲンがありますが、酸素はオゾンという3原子として存在することもあります。 リンは通常4原子分子として存在し、結晶性硫黄は8個の原子を含む分子として存在します。
元素がいくつの原子から構成されているかにかかわらず、各原子はその核に同じ数の陽子を持ち、これは他のどの元素の核の数とも異なっています。 したがって、この数は原子番号（アトムナンバー）と呼ばれ、元素を規定する。 例えば、炭素という元素は、原子核に6個の陽子を持つ原子（原子番号6）から構成されており、原子番号6の原子はすべて炭素原子となる。 2016年までに、原子番号1の水素から原子番号118のオルガネソンまで、118の元素が知られている。 (元素の記号、原子番号、原子量、融点、沸点の一覧は「元素」の表を参照)。 ほとんどの原子の原子核には中性子も含まれている。 原子の原子核に含まれる陽子と中性子の数の合計を質量数という。 例えば、原子核に6個の陽子と6個の中性子を持つ炭素原子の質量数は12です。
ある元素の原子はすべてその原子核に同じ数の陽子を持ちますが、同じ数の中性子を持つとは限りません。 同じ質量数を持つ元素の原子は、その元素の同位体を構成しています。 すべての既知の元素には同位体がありますが、より多くの同位体を持つものもあります。 例えば、水素には3つの同位体しかありませんが、キセノンには16の同位体があります。 天然に存在する同位体は約300種類、人工的に作られた放射性同位体は2500種類以上知られています（合成元素の項を参照）。 炭素には13の同位体があり、原子核に2～14個の中性子を持つため、質量数は8～20になります。
すべての元素に安定同位体があるわけではありません。 放射性同位体しか持たないものもあり、それらは崩壊して他の同位体、通常は他の元素の同位体を形成します(放射能を参照)。 また、ある元素のすべての同位体が非常に不安定で、その元素が自然界に存在しない場合もあります。 地球上に自然に存在することが知られている元素は94種類だけです。 このうち6種類は、他の元素の崩壊によって生成される微量なものである。 この6つの元素と自然界にまったく存在しない元素は、実験室で作られたときに発見されたもので、よく人工的に作られた元素や合成元素と呼ばれます。
原子の重さはあまり大きくなく、炭素原子は約2 10? 原子の質量は非常に小さいので、グラムよりずっと小さい単位が使われます。 現在のシステム（1960?61年に採用）では、原子質量の単位は原子質量単位（amu）と呼ばれ、炭素12の原子の質量をちょうど1?12と定義しています。 元素の原子量は、天然に存在するすべての同位体の原子量の平均（加重平均）である。 炭素には、炭素12と炭素13という2つの主要な自然発生同位体がある。 質量が12amuの炭素12は天然に存在する炭素の98.89%を占め、質量が13.00335amuの炭素13は1.11%である。 (元素の原子量は、各同位体の存在比と同位体の原子量を掛け合わせ、それらを足し合わせて100で割ったものである。 ただし、同位体の存在比は、固体、液体、気体など、供給元の媒体によって決まることが多く、平均原子量は変動することがある。 したがって、炭素の場合、/100?=?12.01115が炭素元素の原子量（amu）だが、炭素が存在する場所によって同位体の割合が異なるため、炭素の原子量は原子量の範囲となる下限と上限で定義した間隔で表すようになった：…。 8008>
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