Un atom este cea mai mică particulă a unui element chimic care încă mai păstrează proprietățile chimice ale acelui element. Atomul este și cea mai mică unitate în care materia poate fi divizată fără eliberare de particule încărcate electric (din gr. atomos - indivizibil). 

Fiecare atom este format dintr-un nucleu mic și dens care conține protoni și neutroni, și dintr-un înveliș electronic, o zonă difuză foarte extinsă în comparație nucleul, în care se mișcă electroni.
 

Numărul de masă reprezintă numărul de nucleoni (protoni și neutroni) din nucleul unui atom și se notează cu A. Deci A este suma dintre numărul atomic Z care reprezintă numărul de protoni și numărul de neutroni, care se notează cu N. 

A = Z + N

Spre diferență de protoni care determină proprietățile chimice ale unui atom și de electroni care determină cum un atom interacționează cu un alt atom, neutronii nu influențează în niciun fel proprietățile chimice ale atomilor. În schimb, numărul de neutroni din nucleu determină masa atomului respectiv, deci numărul de neutroni influențează proprietățile fizice ale elemetelor. De exemplu, un atom care are un proton si un neutron în nucleu, are aceleași proprietăți chimice cu un atom care are un proton și doi neutroni în nucleu; masa lor atomică este diferită. Aceste specii chimice se numesc izotopi. 

Atomul

 

Chimia este ştiinţa care se ocupă cu studiul materiei şi a transformărilor pe care materia le suferă.

Materia este orice lucru care are grutate şi ocupă spaţiu; este peste tot în jurul nostru. Materia este formată din substanţe care la rândul lor conţin molecule, ioni sau atomi.

Substanţele sunt de două feluri:

• substanţe simple (conţin molecule formate din atomi identici): O₂, H₂
• substanţe compuse (conţin molecule formate din atomi diferiţi): H₂O, CuSO₄

Atomul (din greacă: indivizibil) este cea mai mica particulă posibilă care încă mai păstrează proprietăţile unei substanţe. Atomii au proprietăţi fizice şi chimice specifice în funcţie de numărul şi aranjamentul celor trei particule subatomice:

• electroni: e^-
• protoni: p⁺
• neutroni: ${\mathrm{n}}^0$

Structura atomului: atomul este format dintr-un nucleu care conţine protoni şi neutroni, şi un înveliş electronic care este o zonă difuză în jurul nucleului unde se găsesc electronii.

Proprietăţile particulelor subatomice:

Numele particulei	Simbol	Masă (kg)                  (u. a. m.)	Sarcină electrică
Electron	e-	9.1093 x 10-31            0.000548	-1
Proton	p+	1.6727 x 10-27            1.007277	+1
Neutron	${\mathrm{n}}^0$	1.6749 x 10-27            1.008665	0

Numărul atomic se notează cu Z şi reprezintă numărul de protoni din nucleul unui atom. Prin numărul atomic, un atom se diferenţiază de ceilalţi atomi. Z reprezintă şi numărul de ordine al unui atom în tabelul periodic, cât şi numărul de electroni în cazul atomilor neutri.

Sarcina nucleară a unui atom este pozitivă şi egală cu numărul de protoni din nucleu; se notează cu simbolul +Z. În cazul atomilor neutri, numărul protonilor este egal cu numărul electronilor din învelişul electronic. Sarcina nucleară pozitivă este anulată de sarcina electronica negativă.

Atomii care au acelaşi număr atomic Z şi aceeaşi sarcină nucleară +Z formează un element chimic.

Numărul de masă al unui atom se notează cu A şi reprezintă suma dintre numărul de protoni şi numărul de neutroni din nucleul unui atom.

A = Z + N, unde N este numărul de neutroni

Aşadar, mărimile care caracterizează un element chimic sunt numărul atomic Z şi numărul de masă A. Acestea se scriu în faţa simbolului elementului chimic după cum este reprezentat în imaginea de mai jos:

Exemplu:

Atomul de carbon are simbolul . Astfel deducem că atomul de carbon are următoarele particule subatomice:

• 6 p⁺
• 6 e^-
• 12 – 6 = 6 ${\mathrm{n}}^0$

 

 

Numărul atomic reprezintă numărul de protoni din nucleul unui atom și se notează cu Z. Prin numărul de protoni un atom se diferențiază de ceilalți atomi. De exemplu, atomul cu Z=6 este un atom de carbon, iar atomul cu Z=7 este un atom de azot. Numărul de protoni din nucleu determină proprietățile chimice ale atomului. 

Într-un atom neutru numărul atomic Z reprezintă și numărul de electroni din învelișul electronic. Z mai reprezintă și numărul de ordine al unui atom în tabelul periodic. 

Masa atomică. Izotopi. Mol de atomi.

 

Izotopii sunt specii de atomi care au acelaşi număr atomic Z, dar au numărul de masă A diferit. Asta presupune acelaşi număr de protoni, dar număr diferit de neutroni.

Pentru că au acelaşi număr de protoni, izotopii unui element chimic au aceleaşi proprietăţi chimice şi aparţin în acelaşi loc în tabelul periodic.

Exemplu – Numărul de particule subatomice în cazul izotopilor elementului carbon:

În natură, elementul carbon se găseşte sub forma a trei izotopi, ,  şi . Tabelul de mai jos prezintă numărul de particule subatomice pentru cei trei izotopi ai carbonului. 

Masele atomilor se exprimă sub formă de multipli ai unităţii atomice de masă. Unitatea atomică de masă, se notează cu u sau u. a. m. şi este egală, prin convenţie, cu a 12-a parte din masa unui atom al izotopului de carbon . Masa atomică relativă reprezintă numărul care arată de câte ori masa unui atom este mai mare decât unitatea atomică de masă.

Masa atomică relativă medie este valoarea trecută în tabelul periodic în dreptul fiecărui element, şi este, de obicei, un număr raţional (a nu se confunda cu numărul de masă A care este un număr întreg).  În cazul unui element chimic care se găseşte în natură sub forma a mai mulţi izotopi stabili, masa atomică relativă medie este dependentă de:

• masa atomică relativă a fiecărui izotop (A₁, A₂ … A_n);
• procentul sau abundenţa izotopului în compoziţia elementului în natură (a₁%, a₂% … a_n%).

Masa atomică relativă medie se calculează cu următoarea relaţie matematică:

Exemplu – Calculul masei atomice în cazul elementului clor:

Masa atomică relativă medie a elementului clor este A_Cl = 35.45; clorul se găseşte în natură sub forma a doi izotopi stabili,  şi .

Izotopul  are în nucleu 17 p⁺ şi 18 neutroni, iar în învelişul electronic are 17 e^-.

Izotopul  are în nucleu 17 p⁺ şi 20 neutroni, iar în învelişul electronic are 17 e^-.

Tabelul de mai jos prezintă masele izotopilor clorului şi procentul lor în compoziţia elementului în natură.

 

Izotop	Masa izotopului (u. a. m.)	Compoziţia procentuală
	34.97	75.77 %
	36.95	24.23 %

 

Astfel, masa atomică relativă medie a clorului va fi:

Molul este o unitate de măsură care ia în considerare dimensiunile extrem de mici ale atomilor şi face trecerea către lumea vizibilă, mai uşor de înţeles.

Un mol de atomi reprezintă cantitatea, în grame, dintr-o substanţă simplă care conţine 6.022.x.10²³ atomi. Se mai numeşte şi atom gram.

Numărul lui Avogadro, notat cu N_A, este egal cu 6.022.x.10²³ atomi şi reprezintă numărul de atomi conţinuţi în exact 12g ai izotopului de carbon .

Exemplu – Masa unui mol de atomi de neon:

1 mol de atomi de Ne reprezintă cantitatea de Ne care conţine 6.022.x.10²³ atomi de Ne şi are valoarea de 20.18g. În calcule, se foloseşte, de obicei, valoarea rotunjită a masei atomice a neonului, 20g. Deci cantitatea de 20g Ne corespunde unui mol de atomi de Ne. 

 

Masa atomică a unui element este numărul care arată de câte ori atomul elementului respectiv este mai greu decât a 12-a parte din masa izotopului carbon-12, adică este raportul dintre masa atomică a elementului respectiv și a 12-a parte din masa atomică a izotopului carbon-12, ¹²C. Masa unui atom este extrem de mică în raport cu unitatea de masă utilizată în sistem internațional, kilogramul și de aceea masele atomice se exprimă sub formă de multipli ai celei de-a 12-a părți din masa izotopului ¹²C, numită unitate atomică de masă (u.a.m.), unitate de carbon, sau Dalton (Da). O unitate atomică de masă, sau un Dalton, este egală cu 0,166x10^-26 kg.

Așadar, prin convenție, un atom de carbon cu 6 neutroni are o masă atomică de 12 u.a.m. În general, alți atomi nu au valori întregi drept mase atomice; însă, de cele mai multe ori, masa atomică a unui atom are o valoare apropiată de numărul lui de masă - există o strânsă legătură între masa atomică și numărul de masă A al unui atom (care reprezintă numărul de particule din nucleul unui atom). Acest lucru se explică prin faptul că masa electronilor din învelișul unui atom este neglijabilă comparativ cu masa protonilor și neutronilor din nucleu, în timp ce protonii și neutronii au o masă aproximativ egală:
 

Masa particulelor subatomice

Particulă	electron	proton	neutron
Masă (kg)	9,1093x10-31	1,6727x10-27	1,6749x10-27
Masă (u.a.m)	0,000548	1,007277	1,008665

Protonii și neutronii din nucleu reprezintă aproape toată masa unui atom, așadar masa atomică măsurată în u.a.m. are aproximativ aceeași valoare cu numărul de masă. 

Multe dintre elementele chimice se găsesc în natură sub forma unui amestec de izotopi stabili. Pentru că izotopii unui element au mase atomice diferite, se determină masa atomică relativă medie a unui element chimic - uneori numită și greutate atomică. Masa atomică relativă este o medie dintre masele atomice ale tuturor izotopilor stabili care se găsesc în compoziția unui element în natură. Această medie ține cont și de procentul în care se găsesc acești izotopi în compoziția elementului. Se observă că, în general, masa atomică a unui element are o valoare fracționară, față de numărul de masă care este un număr întreg. Masa atomică relativă medie este valoarea trecută în tabelul periodic în dreptul fiecărui element. 

De exemplu, masa atomică relativă medie a clorului, așa cum este trecută și în tabelul periodic, este egală cu valoarea 35,45. Clorul se găsește în natură sub forma a doi izotopi stabili, clor-35, ³⁵Cl, și clor-37, ³⁷Cl. Acești izotopi, cu numerele de masă 35 și 37, se găsesc în proporție de aproximativ 3 : 1 (clor-35 - 75,77% și clor-37 - 24,23%). Masa atomică relativă a izotopului ³⁵Cl este 34,97 u.a.m, iar a izotopului ³⁷Cl este 36,95 u.a.m. Cu aceste informații putem calcula masa atomică relativă medie a clorului:

\(A_{r (Cl)}=34,97\cdot \frac{75,77}{100}\: +\: 36,95\cdot \frac{24,23}{100}=35,45\)

Relația matematică generală pentru calculul masei atomice relative medii a unui element chimic care se găsește sub formă de combinație de mai mulți izotopi stabili:
\(A_{r}=A_{1}\cdot \frac{{a_{1}}}{100}\: +\: {A_{2}}\cdot \frac{{a_{2}}}{100}\: +\: \cdots \: +\: {A_{n}}\cdot \frac{a_{n}}{100}\)
A_r - masa atomică relativă medie
A₁ - masa atomică a unui izotop
a₁ - procentul în care se găsește acel izotop în natură
         
Masele atomice relative din tabelul periodic sunt calculate pentru izotopii naturali ai fiecărui element, luând în considerare abundența în care se gîsesc acești izotopi în compoziția elementelor de pe Pământ. În obiectele extraterestre, precum meteoriții și asteroizii, izotopii se pot întâlni în cu totul alte proporții. 
 

Izotopii sunt specii de atomi cu același număr atomic Z (au același număr de protoni) și cu un număr de masă A diferit (au număr diferit de neutroni). În limba greacă isos = același, iar topos = loc. Izotopii ocupă același loc în sistemul periodic deoarece sunt atomi ai aceluiași element. 

Un izotop se notează prescurtat prin simbolul elementului, în stânga lui fiind scrise: jos - numărul atomic Z, sus - numărul de masă A, în felul următor:
\(_{Z}^{A}\textrm{E}\) 

Izotopul elementului carbon, care are în nucelu 6 protoni și 6 neutroni este notat: \(\tiny _{6}^{12}\textrm{C}\). Uneori se indică numai numărul de masă: \(\tiny _{}^{12}\textrm{C}\). 

Hidrogenul are trei izotopi. Aceștia sunt:

• hidrogenul ușor (protiu) cu 1 proton în nucleu; are simbolul \(\tiny _{1}^{1}\textrm{H}\)
• hidrogenul greu (deuteriu) cu 1 proton și 1 neutron în nucleu; are simbolul \(\tiny _{1}^{2}\textrm{H}\) (D)
• hidrogenul supragreu (tritiu) cu 1 proton și 2 neutroni în nucleu; are simbolul \(\tiny _{1}^{3}\textrm{H}\) (T).

Toți cei trei izotopi: hidrogenul, deuteriul și tritiul constituie același element chimic - hidrogenul, deoarece au aceeași sarcină nucleară (+1) dată de protonul din nucleu și un singur electron în învelișul electronic. 

Multe elemente chimice din natură sunt formate din izotopi - majoritatea elementelor chimice sunt amestecuri, în anumite proporții, de izotopi. De exemplu, în cazul elementului carbon s-au identificat 7 izotopi: \(\tiny _{6}^{10}\textrm{C};\quad_{6}^{11}\textrm{C};\quad_{6}^{12}\textrm{C};\quad_{6}^{13}\textrm{C};\quad_{6}^{14}\textrm{C};\quad_{6}^{15}\textrm{C};\quad_{6}^{16}\textrm{C}.\)
Oxigenul este un amestec de trei izotopi: \(\tiny _{8}^{16}\textrm{O};\quad_{8}^{17}\textrm{O};\quad_{8}^{18}\textrm{O}.\)
Iar izotopii uraniului sunt: \(\tiny _{92}^{234}\textrm{U};\quad_{92}^{235}\textrm{U};\quad_{92}^{238}\textrm{U}.\)

Izotopii unui element diferă foarte puțin prin proprietățile fizice și chimice; de aceea, separarea izotopilor unui element se realizează foarte greu, prin metode și cu aparate speciale.