De kleinste eenheid van een chemisch element dat de eigenschappen van dat element heeft, wordt een atoom genoemd. Veel elementen (b.v. helium) komen voor als afzonderlijke atomen. Andere elementen komen voor als moleculen die uit meer dan één atoom bestaan. Elementen die gewoonlijk als diatomische moleculen voorkomen zijn waterstof, stikstof, zuurstof en de halogenen, maar zuurstof komt ook voor in een triatomische vorm die ozon wordt genoemd. Fosfor komt gewoonlijk voor als een tetratomisch molecuul, en kristallijn zwavel komt voor als moleculen die acht atomen bevatten.
Of het element nu uit hoeveel atomen bestaat, elk atoom heeft hetzelfde aantal protonen in zijn kern, en dit is verschillend van het aantal in de kern van elk ander element. Dit aantal, het atoomnummer (at.nr.) genoemd, bepaalt dus het element. Het element koolstof bijvoorbeeld bestaat uit atomen met atoomnummer 6, d.w.z. dat ze allemaal 6 protonen in de kern hebben; elk atoom met atoomnummer 6 is een koolstofatoom. In 2016 waren er 118 elementen bekend, variërend van waterstof met een at.nr. van 1 tot oganesson met een at.nr. van 118. (Zie de tabel Elementen voor een alfabetische lijst van alle elementen, met inbegrip van hun symbolen, atoomnummers, atoomgewichten, en smelt- en kookpunten). De kernen van de meeste atomen bevatten ook neutronen. Het totale aantal protonen en neutronen in de kern van een atoom wordt het massagetal genoemd. Bijvoorbeeld, het massagetal van een koolstofatoom met 6 protonen en 6 neutronen in zijn kern is 12.
Hoewel alle atomen van een element hetzelfde aantal protonen in hun kern hebben, kunnen ze niet allemaal hetzelfde aantal neutronen hebben. Atomen van een element met hetzelfde massagetal vormen een isotoop van het element. Alle bekende elementen hebben isotopen; sommige hebben er meer dan andere. Waterstof, bijvoorbeeld, heeft slechts 3 isotopen, terwijl xenon er 16 heeft. Ongeveer 300 natuurlijk voorkomende isotopen zijn bekend, en meer dan 2.500 radioactieve isotopen zijn kunstmatig geproduceerd (zie synthetische elementen). Er zijn 13 isotopen van koolstof, met van 2 tot 14 neutronen in de kern en dus massagetallen van 8 tot 20.
Niet alle elementen hebben stabiele isotopen. Sommige hebben alleen radioactieve isotopen, die vervallen en andere isotopen vormen, meestal van andere elementen (zie radioactiviteit). In sommige gevallen zijn alle isotopen van een element zeer onstabiel, en komt het element dus niet in de natuur voor. Van slechts 94 elementen is bekend dat ze van nature op aarde voorkomen. Daarvan komen er 6 voor in minieme hoeveelheden, geproduceerd door het verval van andere elementen. Deze 6 uiterst schaarse elementen en de elementen die helemaal niet in de natuur voorkomen, werden ontdekt toen ze in het laboratorium werden geproduceerd; ze worden vaak de kunstmatig geproduceerde of synthetische elementen genoemd.
Atomen zijn niet erg massief; een koolstofatoom weegt ongeveer 2 10?23 gram. Omdat atomen zo weinig massa hebben, wordt een eenheid gebruikt die veel kleiner is dan de gram. In het huidige systeem (aangenomen in 1960-61) wordt de eenheid van atoommassa, atoommassa-eenheid (amu) genoemd, gedefinieerd als precies 1,12 de massa van een atoom van koolstof-12. Het atoomgewicht van een element is het gemiddelde (gewogen gemiddelde) van de atoommassa’s van alle natuurlijk voorkomende isotopen. Koolstof heeft twee belangrijke natuurlijk voorkomende isotopen, koolstof-12 en koolstof-13. Koolstof-12, waarvan de massa precies 12 amu is, maakt 98,89% van de in de natuur voorkomende koolstof uit; koolstof-13, waarvan de massa 13,00335 amu is, maakt 1,11% uit. (Er zijn ook kleine sporen van de radioactieve isotoop koolstof-14.) Het atoomgewicht van het element wordt bepaald door de procentuele abundantie van elke isotoop te vermenigvuldigen met de atoommassa van de isotoop, deze producten op te tellen en te delen door 100. De abundantie van de isotopen wordt echter vaak bepaald door het medium van de bron, vast, vloeibaar of gas, en het gemiddelde atoomgewicht kan fluctueren. Zo is voor koolstof /100?=?12.01115 het atoomgewicht van het element koolstof in amu, maar omdat de verhoudingen van de isotopen variëren naargelang van de plaats waar de koolstof wordt aangetroffen, wordt het atoomgewicht van koolstof nu uitgedrukt als een interval gedefinieerd door de onder- en bovengrens waarbinnen het atoomgewicht varieert: . Bepaalde synthetische elementen bestaan slechts tijdelijk in de vorm van enkele kortlevende isotopen; in dergelijke gevallen kan het begrip atoomgewicht niet worden toegepast.
- Inleiding
- Het atoom
- Eigenschappen van de Elementen
- Officiële symbolen en namen voor de Elementen
- De Elementen door de eeuwen heen
- Bibliografie