Atomiluku on protonien – positiivisesti varautuneiden hiukkasten – määrä ytimessä kemiallisen alkuaineen atomi. Elementit erottuvat toisistaan näiden hiukkasten lukumäärällä, joten jokaisella elementillä on oma ainutlaatuinen atominumero. Elementin kemialliset ominaisuudet määräytyvät sen elektronien lukumäärän mukaan, mutta neutraalissa atomissa tämä on sama kuin protonien lukumäärä. Atomit voivat kuitenkin saada tai menettää elektroneja muodostaen negatiivisesti tai positiivisesti varautuneita ioneja, joten atomiluku määritellään protonien lukumääränä, koska tämä on aina sama tietylle elementille.
Atomiluku, massanumero ja atomipaino
On mahdollista sekoittaa nämä arvot, mutta ne ovat melko erilaisia toisistaan. Atomit koostuvat ytimestä, joka sisältää positiivisesti varautuneita protoneja ja sähköisesti neutraaleja neutroneja, joiden elektronit kiertävät jonkin matkan päässä. Protonit ja neutronit ovat suhteellisen raskaita ja samankaltaisia, mutta elektronit ovat paljon kevyempiä ja vaikuttavat hyvin vähän atomin painoon. Atomin massan lukumäärä on protonien lukumäärä ja neutronien lukumäärä, ja se on lähes yhtä suuri kuin atomin paino.
Elementin neutronien lukumäärä voi vaihdella. Alkuaineiden muodot, joilla on eri määrä neutroneja, tunnetaan isotoopeina. Esimerkiksi tavallisimmassa vedyn muodossa on yksi protoni ja ei neutroneja, mutta on olemassa kaksi muuta vedyn isotooppia, deuterium ja tritium, yksi ja kaksi neutronia. Luonnossa esiintyvät elementit ovat usein eri isotooppien seoksia. Hiili on toinen esimerkki, joka koostuu isotoopeista, joiden massanumerot ovat 12, 13 ja 14. Näissä kaikissa on kuusi protonia, mutta kuusi, seitsemän ja kahdeksan neutronia.
Vaikka 19 -luvun kemistit olivat saaneet hyvät likimääräiset arvot tunnettujen alkuaineiden atomipainoista, tarkat laskelmat eivät ole aina yksinkertaisia, koska esiintyy erilaisia isotooppeja eri suhteissa. Usein atomipaino määritetään keskiarvona isotooppien suhteellisen runsauden perusteella. Koska jotkut isotoopit ovat epävakaita ja muuttuvat ajan myötä muiksi alkuaineiksi, atomipainot voivat vaihdella ja ne voidaan esittää alueena yksittäisen arvon sijasta. Isotoopit esitetään yleensä atomiluvulla kemiallisen symbolin vasemmassa alakulmassa ja massanumerolla tai likimääräisellä atomipainolla oikeassa yläkulmassa. Esimerkiksi hiili 13 esitetään muodossa 6C13.
Jaksollinen taulukko
1860 -luvulla venäläinen kemisti Dimitri Mendelejev työskenteli tuolloin tunnettujen alkuaineiden taulukon parissa ja listasi ne alun perin atomipainon mukaisessa järjestyksessä ja järjesti ne riveille, jotka ryhmitelivät samankaltaisia kemiallisia ominaisuuksia sisältäviä elementtejä yhteen. Muut kemistit olivat huomanneet aiemmin, että alkuaineiden ominaisuudet painon mukaan järjestettynä toistuvat enemmän tai vähemmän säännöllisin väliajoin. Esimerkiksi litium, natrium ja kalium ovat kaikki reaktiivisia metalleja, jotka yhdistyvät ei-metallien kanssa samalla tavalla, kun taas helium, neon ja argon ovat kaikki täysin reagoimattomia kaasuja. Tästä syystä Mendelejevin luettelo tunnettiin jaksollisena taulukkona.
Mendelejevin ensimmäinen luonnos toimi hyvin, mutta siinä oli muutamia epäjohdonmukaisuuksia. Esimerkiksi painojärjestyksessä lueteltu jodi tuli ennen telluuria. Ongelmana oli, että tämä jodi ryhmiteltiin hapen, rikin ja seleenin kanssa ja telluuri fluorin, kloorin ja bromin kanssa. Niiden kemiallisten ominaisuuksien mukaan olisi pitänyt olla päinvastoin, joten ennen kuin julkaisi taulukkonsa vuonna 1869, Mendelejev yksinkertaisesti vaihtoi nämä elementit ympäri. Vasta 20 -luvun alussa kuitenkin paljastettiin syy näihin epäjohdonmukaisuuksiin.
Vuonna 1913 fyysikko HGJ Moseley loi suhteen eri elementtien tuottamien röntgensäteiden aallonpituuksien ja niiden jaksollisen taulukon välillä. Kun atomin rakenne paljastettiin muilla kokeilla tänä aikana, kävi selväksi, että tämä suhde oli riippuvainen protonien määrästä elementin ytimessä, toisin sanoen sen atomiluvusta. Jaksotaulukko voitaisiin sitten tilata tällä numerolla, jolloin elementtien havaitut kemialliset ominaisuudet asetettaisiin vankalle teoreettiselle pohjalle. Alkuperäisen taulukon satunnaiset epäjohdonmukaisuudet johtuivat siitä, että neutronien lukumäärän vaihtelut voivat joskus johtaa siihen, että alkuaineella on suurempi atomipaino kuin toisella suuremmalla atomiluvulla.
Nykyaikainen jaksottainen taulukko näyttää elementit laatikoissa, jotka on järjestetty riveiksi ja sarakkeiksi, ja atominumero nousee kullekin riville. Jokainen sarake ryhmittelee yhteen elementtejä, joilla on samanlaiset kemialliset ominaisuudet. Sarakkeet määräytyvät atomien elektronien lukumäärän ja järjestelyn perusteella, joka puolestaan määräytyy protonien lukumäärän mukaan. Kussakin laatikossa on normaalisti elementin kemiallinen symboli ja ylempi atominumero.