Minden elemnek egyedi számú protonja van, atomszámával és a periódusos rendszerben elfoglalt helyével jelölve. A protonok mellett a hidrogén kivételével az összes elem magja tartalmaz neutronokat is, amelyek elektromosan semleges részecskék, azonos tömegűek, mint a protonok. Egy adott elem magjában a protonok száma soha nem változik, különben más elemmé válna. A neutronok száma azonban változhat. Egy adott elem magjában a neutronok számának minden változása az adott elem különböző izotópja.
Hogyan jelöljük az izotópokat
Az "izotóp" szó a görög szavakból származik isos (egyenlő) és toposz (hely), amelyek azt jelzik, hogy egy elem izotópjai ugyanazt a helyet foglalják el a periódusos rendszerben, annak ellenére, hogy különböző atomtömegűek. Az atomszámtól eltérően, amely megegyezik a magban lévő protonok számával, az atomtömeg az összes proton és a neutron tömege.
Az izotóp jelölésének egyik módja az elem szimbólumának megírása, amelyet egy szám követ, amely a magjában lévő nukleonok teljes számát jelöli. Például a szén egyik izotópjában 6 proton és 6 neutron van a magjában, ezért jelölhetjük C-12-nek. Egy másik izotópnak, a C-14-nek két extra neutronja van.
Az izotópok jelölésének másik módja az elem szimbóluma előtti előfizetők és feliratok. Ezzel a módszerrel a szén-12-et jelölné 126C és szén-14 as 146C. Az alsó index az atomszám, a felső index az atomtömeg.
Átlagos atomtömeg
A természetben előforduló minden elemnek több izotóp-formája van, és a tudósoknak sokkal többet sikerült szintetizálniuk a laboratóriumban. Mindössze 275 izotóp van a stabil elemekből és körülbelül 800 radioaktív izotóp. Mivel minden izotópnak más az atomtömege, a periódusos rendszer minden elemére felsorolt atomtömeg az az összes izotóp tömegének átlaga, súlyozva az egyes izotópok összes előforduló százalékával természet.
Például legalapvetőbb formájában a hidrogénmag egyetlen protonból áll, de két természetes előfordulású izotóp van, a deutérium (21H), amelynek egy protonja van, és a trícium (31H), amelynek kettője van. Mivel a protonokat nem tartalmazó forma messze a legelterjedtebb, a hidrogén átlagos atomtömege nem sokban különbözik az 1-től. Ez 1.008.
Izotópok és radioaktivitás
Az atomok akkor a legstabilabbak, ha a magban lévő protonok és neutronok száma megegyezik. Egy extra neutron hozzáadása gyakran nem rontja meg ezt a stabilitást, de ha kettőt vagy többet ad hozzá, a kötési energia, amely együtt tartja a nukleonokat, nem biztos, hogy elég erős ahhoz, hogy megtartsa őket. Az atomok ledobják az extra neutronokat és velük együtt bizonyos mennyiségű energiát. Ez a folyamat radioaktivitás.
A 83-nál magasabb atomszámú elemek mindegyike radioaktív, mivel a magjaikban sok a nukleon. Amikor egy atom elveszíti a neutront, hogy stabilabb konfigurációba álljon vissza, kémiai tulajdonságai nem változnak. Néhány nehezebb elem azonban protont bocsát ki a stabilabb konfiguráció elérése érdekében. Ez a folyamat transzmutáció, mert az atom egy proton elvesztésekor más elemmé változik. Amikor ez megtörténik, a változáson áteső atom a szülő izotóp, a radioaktív bomlás után pedig a leány izotóp marad. A transzmutációra példa az urán-238 bomlása tórium-234-be.