El número de protones en el núcleo de un átomo determina qué elemento es, y se llama su número atómico, Z. Por ejemplo, Z = 1 es hidrógeno, Z = 2 es helio, etc. La tabla periódica es un diagrama de los elementos. , aumentando Z en 1 a medida que avanza por una fila o punto horizontal. Su estructura refleja la estructura electrónica de cada elemento.
En un átomo neutro, el número de electrones unidos alrededor del núcleo también es igual a Z. Esto se debe a que la carga en un electrón es exactamente igual y opuesta a la carga en un protón. Los electrones, particularmente los electrones más externos, determinan muchas de las propiedades físicas y químicas de los átomos, iones y moléculas.
Los electrones llenan una serie de capas, cada una de energía creciente, que tienen un número cuántico principal, n = 1, 2, 3, etc. Cada capa tiene un número de subcapas, igual a n, que contienen un cierto número de orbitales. Dos electrones pueden ocupar cada orbital, con espín opuesto, de acuerdo con el principio de exclusión de Pauli. Las subcapas están etiquetadas como s, p, d, f, g, etc., tienen un tamaño creciente, diferentes formas y una energía que aumenta aproximadamente. El número de orbitales en cada subshell es s; 1, p; 3, d; 5, f; 7 etc. Así que la serie de orbitales y los electrones en cada uno viene dada por; 1s2: 2s2, 2p6: 3s2, 3p6, 3d10: 4s2, etc. Resulta que los orbitales 4s tienen una energía menor que el orbital 3d, por lo que los primeros se llenan primero. Luego se llenan los orbitales 3d, produciendo el primer período en el bloque de metal de transición, comenzando con Escandio. Este tipo de cosas también sucede en puntos similares en el resto de la tabla periódica. Los átomos o iones que tienen una capa externa completa, es decir, tienen una estructura de gas noble, son particularmente estables y, por lo tanto, abundantes en la naturaleza.
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Muy pocos elementos se encuentran en la naturaleza, en forma de átomos neutros. Los únicos ejemplos son los gases nobles, que tienen una capa externa completa de electrones. Otros átomos existen como iones positivos o negativos (metales y no metales, respectivamente, por ejemplo, NaCl), como moléculas unidas covalentemente (CO2 y CH4, por ejemplo) o macromoléculas (por ejemplo, diamante), como partes de iones complejos, como sulfatos, SO4 2- iones, o como iones positivos dentro de metales elementales (por ejemplo, oro).
Los núcleos que tienen el mismo valor de Z, pero tienen diferentes números de neutrones, se conocen como nucleidos o isótopos (si nos referimos al átomo completo). La mayoría de los isótopos son radiactivos y se llaman radioisótopos o radionúclidos. La masa de un neutrón es aproximadamente la misma que la de un protón, y la masa de los electrones es insignificante en comparación, por lo que Z + n = A, donde n es el número de neutrones en el núcleo, y A es el átomo masa del isótopo Para el isótopo más estable de un elemento, su número atómico generalmente se puede encontrar redondeando la masa atómica relativa dada en la tabla periódica, y luego, n = A – Z. En la notación de un isótopo, el símbolo del elemento recibe un superíndice igual a A y un subíndice igual a Z. Alternativamente, A se escribe después del símbolo del elemento. Por ejemplo, C 12 y C 14 son dos isótopos diferentes de carbono (Z = 6), que tienen 6 y 8 neutrones, respectivamente. C 12 es estable, mientras que C 14 es radiactivo.
El hierro tiene 3 isótopos estables, Fe 56, Fe 57 y Fe 58. Tiene 24 radioisótopos, que varían en masa atómica de 45 a 72.
