I. Caracteristici generale ale nucleului atomicI. 1. Structura nucleuluiI. 1.1 Noiuni introductive Noiuneadenucleuafost introdus deRutherfordn urma experimentelor de difuzie a particulelor pe foie metalice subiri efectuate de Geiger i Marsden, colaboratorii si apropiai, ntreanii 1906i 1912, laUniversitateadinManchuster. Pentrua explica deviaia mare a unor particule, ncontradicie cumodelul atomic Thomson, singurul existent laaceavreme, Rutherfordemitenanul 1911ipotezac atomul are un nucleu cu dimensiuni mult mai mici dect ale atomului n care se concentreazpeste 99%din masa atomului(Fig. I.1). n jurul nucleului, graviteaz electronii atomici (ca ntr-un sistem solar n miniatur).Fig. I.1www.referat.roConcluziile de mai sus au rezultat prin compararea seciunii eficace difereniale teoretice( )( )42 2 2202sin 2441

,_

,_

pe z Q mddRutherford (1.1)cu datele experimentale.n expresia de mai sus,m,p, zereprezintmasa, impulsul i, respectiv,sarcina particulelor , iarQ sarcina nucleului mprtietor, unghiul de mprtiere.S-a constatat c datele experimentale sunt n acord cu relaia teoretic (1.1) dac se consider Q = + Ze (sarcina nucleului) n care Z numrul atomic al nucleului mprtietor.Concluzie: Numrul sarcinilor pozitive elementare ale nucleului este egal cu numrul de electroni atom neutru din punct de vedere electric.Fig. I.2: modele atomice: (a) Thomson; (b) Rutherford.Pentru nucleul atomului de hidrogen , Z = 1.Acest nucleu (primul din sistemul periodic i cel mai simplu a fost numit de Rutherford proton (protos primul n limba greac)Nucleele au n compoziia lor Z protoni .Informaii suplimentare asupra structurii nucleelor s-au obinut din determinarea experimental a maselor atomice (spectrometrie de mas) care practic coincid cu masele nucleelor corespunztoare.Rezultate: 1) Masa unui nucleu Z >1 nu depinde de Z; 2) exista nuclee cu acelai Z dar cu mase diferite (izotopii); 3) Ammprotonizotop (numr de mas). A- numr ntregDin expresia (3) rezult c oricare izotop ar putea fi format din A protoni. Cum, pentru Z 1, totdeauna A Z aceast ipotez este fals. n concluzie, n nuclee trebuie s existe i alte particule. I. 1.2. Structura protono-electronic a nucleuluiS-a considerat pentru nceput c nucleul este compus din:A protoni + (A - Z) electroniSarcina total a nucleului:A e + (A - Z) (-e) = Ze (corect!)Aceast ipotez era ntrit deexistena nucleelor radioactive (care emit spontan electroni). Modelul protono electronic al nucleului a fost repede infirmatde o serie ntreag de date experimentale,dintre care amintim aa numita catastrof a azotului. Astfel, un nucleu format din A protoni i (A-Z) electroni conine (2A-Z) particule cu spin 1/2 (fermioni). n particular, nucleul deN147 conine 21 de fermioni i ar trebui s aib spinul (momentul cinetictotal) fracionar (1/2) . Msurtorileinfirmauacest rezultat (spinul N147 este egal cu 1). I.1.3. structura protono neutronic a nucleuluiProblemastructurii fundamentaleanucleului aputut fi rezolvatnumai dup descoperirea neutronului (neuter neutru, n lb. latin) de ctre Chadwick (1932):n N B 147115+ +Masa neutronului estep nm m. Sarcina neutronului este zero.Tonanul 1932, D.D. Ivanenko(i, independent, W. Heisenberg) auemis ipoteza structurii protono-neutronice, rmas valabil i astzi. Nucleul este format din:Z protoni i (A-Z) neutroni (Fig. I.3),n concordan cu toate datele experimentale, inclusiv cu dezintegrarea -, aa cum se va dovedi mai trziu.Fig. I.3:Atomul deNe2010conformmodelului atomical lui Rutherford; ndetaliu: nucleul acestui atom, conformmodelului protono-neutronic (10 protoni i 10 neutroni). nveliul electronic conine 10 electroni. Per total, atomul este neutru din punct de vedere electric.Nucleul este o stare legat de protoni i neutroni ntre care trebuie s se exercite fore de atracie puternice, care s compenseze forele de respingere coulombiene dintre protoni. Aceste fore s-au numit fore nucleare.Aa cumse va vedea mai trziu, protonul i neutronul interacioneaz identic din punct de vedere nuclear (fapt reflectat i n masa lor foarte apropiat: mn = 1,0086652 u, mp= 1,00782519 u). De fapt, protonul i neutronul sunt dou stri posibile ale aceleai particule numite nucleon. Notaia pentru un nucleu (nuclid) esteXAZ, n care:Z = numrul atomic, egal cu numrul de protoni din nucleu,A = numrul de mas, egal cu numrul de nucleoni (protoni i neutroni) din nucleu.Observaie: Noiuneadenuclidreprezintanalogul nuclear al noiunii deelement chimic.Izotopi:Z1 = Z2 A1 A2 Exemple: N . .. N N,257137107- (16 izotopi) (Fig. I.4) N N,157147 - izotopi stabiliH H, H,312111- hidrogen, deuteron (stabili),tritiu + nc 4 izotopi instabili (Fig. I.5)Fig. I.4:Izotopii azotului: dintre cei 16 izotopi, numai 2 sunt stabili (cei colorai n negru); ceilali 14 sunt instabili, dezintegrndu-se n diverse moduri, transformndu-se (n cele din urm) ntr-un izotop stabil. Fig. I.5: Izotopii hidrogenuluiIzobari: Z1 Z2 A1 = A2Exemple:O N, C,148147146(vezi Fig. I.6)Izotoni: A1 - Z1 = A2 - Z2Exemple:F O N, C, B,169158147136125 (acelai numr de neutroni) (vezi Fig. I.6)Fig. I.6Nuclizi oglind: Z1 = A2 - Z2 Exemple:O N,158157; He H,3231Izomeri: Notaie:m AZX Un izomer (nuclear) este o stare metastabila unui nucleu atomic, cauzat deexcitareaunuiasaumai multor nucleoni dinnucleu. Energiade excitare poate fi eliberat prin emisie gama sau conversie intern (procese denumite, n acest context, tranziii izomerice). Astfel, nucleul trece pe starea fundamental (starea cu energie minim) sau pe o stare cu energie mai mic. O stare metastabil m AZX are un timp de via cu cel puin trei ordine de mrime mai mare dect timpul de via obinuit al unei stri excitate[ ]*AZX(10-12s).Exemple de izomeri Conform Nucleonica (www.ncleonica.net) , n prezent se cunosc:3127 de nuclizi (dintre care doar 214 sunt stabili). Din cei 3127 de nuclizi, 769 prezint stri izomerice, cu timpi de via foarte diferii : ntre 10-9 s i 1015 ani (m 18073Ta) (Fig. I.6). Un alt exemplu de izomer este m 9943Tc (cu importante aplicaii n medicina nuclear), care are o perioad de njumtire T1/2 = 6,01 ore (Fig. I.7). Ca urmare, timpul (mediu) de via este = T1/2/ln 2 = 8,67 ore.Fig. I.6Fig. I.7I.1.4. Masa nucleuluiVom nota cu m(A,Z) masa nucleului ce conine A nucleoni dintre care Z sunt protoni i cu M(A,Z) - masa atomului corespunztor.( ) ( )2, ,cWZm Z A M Z A melectronilege + (1.2)n care 2cWelectronileg0 (neglijabil).n fizica nuclear,masele nucleelor (atomilor) se msoar n uniti atomice de mas (definiie: a 12-a parte din masa atomului de 12C):( )Kg 10 1,6612C Mu 12712 (1.3)Cumsedeterminexperimental maselenucleelor?Prinspectrometriedemas (S.M.)Atenie! Prinspectrometriedemassedetermindefapt maseleatomice, iar masele nucleelor se calculeaz apoi conform (1.2.).Alte metode de determinare a maselor nucleare sunt: - analiza bilanului energetic al radiaiilor nucleare- analiza dezintegrrilor i . (Precizie mare de determinare!) Echivalentul energetical unitilor atomicedemaseste(conformrelaiei lui Eistein):MeV 931,48 c u 12 1u = 931,48 MeV/c2Pentru estimri rapide (acolo unde acest lucru este permis)m(A,Z) A u (deoarece, mp mn 1u)Toatemaseleatomice(nucleare) sunt determinate cu mare precizie i publicate sub form de tabele. I. 2. Stabilitatea nucleului; energia de legturnceleceurmeazvomconsideranucleul nstarefundamental(caracterizat prin energie intern minim). Strile de energie superioar se numesc stri excitate. Toate msurtorile de mas (cu excepia hidrogenului) au artat c: m(A,Z)experimental< Zmp+(A-Z)mn(1.4)Cu alte cuvinte, masa nucleului este mai mic dect suma maselor constituenilor. Acest defect de mas m = Z mp + (A-Z)mn m(A,Z)(1.5)este pus pe seama energiei de legtur a nucleonilor n nucleu:( ) ( ) [ ]2 2, c Z A m m Z A Zm c m Wn p leg + (1.6)Definiii : (1)Wleg reprezint energia eliberat la formarea nucleului din nucleonii componeni, ca urmare a lucrului mecanic efectuat de forele nucleare atractive.(2) Wleg este necesar descompunerii nucleului n nucleoni constitueni (energie furnizat din exterior).Observaie:Datoritforelor nucleareatractive, nucleul nusedescompuneniciodat spontannnucleoni componeni. Esteposibil(pentruanumitenuclee) emitereaunui nucleon (sau a unui grup de nucleoni). Energia de legtur (medie) per nucleon este, prin definiie,( )AZ A Wleg, .(1.7)n care A reprezint numrul de mas al nuclidului XAZ, egal cu numrul de nucleoni (protoni i neutroni) din nucleu. Fig. I.8: Energia de legtur pro nucleon pentru cele mai stabile nuclee.nFig. I.8estereprezentatgraficcurbaenergiei delegturpronucleon. Se observ c:a) Pentru nucleele uoare (A 20), - crete rapid cu numrul de mas A, prezentnd o serie de maxime relative (pentru A = 4, 8, 12, 16, 20) b) valoarea maxim a lui este 8,7 MeV/nucleon (pentru A = 60)Energia de legtur per nucleon (MeV)Numrul de mas (A)3He2H6Li7Li4He12C16O0 20 4060 80100 150200250 0123456789c) pentru A > 60, scade foarte ncet, energia de legtur medie pro nucleon este= 8,5 MeV/nucleon.Aceste caracteristici ale curbei din Fig. I.8 i au originea, desigur, n proprietile specifice forelor nucleare (proprietatea de saturaie). Dar asupra acestei chestiuni vom reveni atunci cnd vom discuta despre forele nucleare. Energia de legtur per-nucleon ofer informaii asupra stabilitii nucleelor: cu ctEleg/Aeste mai mare cu att nucleul este mai stabil fa de vecinii si.Studiul stabilitii nucleelor a pus n eviden faptul c nuclizii stabili uoriau numrul deprotoni egal cunumrul deneutroni iar, pemsurcenumrul demas crete, stabilitatea sedeplaseaz sprenuclee cunumr deneutroni mai maredect numrul de protoni. Reprezentarea grafic a distribuiei nuclizilor ntr-unsistemde coordonateZiN= A-Zaprimitdenumirea dediagramSegrsauharta nuclizilor (vezi, spre exemplu, Fig. I.9). Nuclizii de deasupra curbei au un surplus de neutroni fa de cei stabili iar nuclizii de sub curb au un surplus de protoni (sau deficit de neutroni) fa de cei stabili. n mod natural, nuclizii tind spre o stare stabil. Pentru cei de deasupra curbei de stabilitate trecerea spre stabilitate implic transformarea unui neutron n proton. Aceast transformare se realizeaz, n principal, prin procese de dezintegrare beta negatogen (dezintegrare-). Cei de sub curba de stabilitate tind spre stabilitate transformnd un proton n neutron. Aceast transformare corespunde procesului de dezintegrarebetapozitogen(dezintegrare+).Uniinuclizipot sajung ntr-o stare stabil numai n urma unui ir de dezintegrri beta succesive n care numrul de mas A nu se modific, dar se modific cu o unitate numrul de ordine Z la fiecare dezintegrare beta i anume crete n urma dezintegrrii beta negatogene i scade ca urmare a dezintegrrii beta pozitogene.Analiznd nuclizii stabili existeni n natur, s-a constatat c cei mai muli dintre acetia au, att pentru numrul de protoni Z, ct i pentru numrul de neutroni N, valori pare, iar cei mai puini au pentru aceste numere valori impare. Nuclizii stabili cu A impar se distribuie aproximativ egal n cele dou categorii: Z par i N impar, respectiv Z impar i N par, iar numrul lor este mai mic dect al nuclizilor par-par i mai mare dect al celor impar-impar, dup cum se poate constata din tabelul 1.1. Acesteconstatri auconduslaideeaclastabilitateanucleelor contribuiei un anumit efect de paritate.Tabelul 1.1 A NZ Nuclee stabile Parparpar imparimpar Imparparimpar imparpar Pe baza acestor date experimentale referitoare la energia de legtur i stabilitatea nucleului s-auelaborat diferite modele nucleare, fiecare reuindsexplice anumite proprieti ale nucleelor.Fig. I.9: Diagram Segr standard (sursa: www.nucleonica.net).Fig. I.10:DiagramSegrstandardncarenuclizii sunt colorainfuncieenergialorde legtur pro nucleon (sursa: www.nucleonica.net).I. 3. Dimensiunile nucleuluiPrimeleindicaii asupradimensiunilor nucleului aurezultat dinexemplelede mprtiereelastic ale particulelor n cmpul coulombian al nucleului (experimentele lui Rutherford). A rezultat c nucleul de Au (aur) are raza 2 10-14m(20 fm) [1 fm (Fermi) = 10-15 m]. S-a considerat c nucleul are form sferic cu razaR0, n interiorul cruia nucleonii sunt omogen distribuii. Distribuia spaial este dat de (r) = const:( )'>00 0, 0,R rR rr(1.8)Fig. 1.11: Distribuia (constant) a nucleonilor n interiorul nucleului.ninteriorul nucleului,VA0, cuvolumul nucleului sferic3034R V, astfel nct rezult30034RA , de unde reiese imediat c raza nucleului este dat de expresia3 / 10 0A r R . (1.9)n relaiile de mai sus,A numrul de mas = numrul nucleonilor;r0 constant de proporionalitate (raz redus) Observaii1) Relaia (I.8) semnific faptul c nucleul are o suprafa geometric (sferic n acest caz) bine definit. Acest fapt nu este n concordan cu legile mecanicii cuantice (n spe, cu principiul de incertitudine a lui Heisenberg). Noiunile de suprafa si raz a nucleului, n sens clasic, nu sunt adevrate pentru sistemele cuantice. 2) Sens fizic, n mecanica cuantic, nu poate avea dect raz ptratic medie1,00(r)R0 r (uniti arbitrare)dr rdr r rr) () (22.3) n realitate, distribuia densitii nucleelor atomice este ca n Fig. I.12.Fig. 1.12Metode de determinare a razei nucleareA. Experimentale1. Exp. de mprtiere a neutronilor rapizi pe nuclee;2. Exp. de mprtiere a electronilor rapizi pe nuclee;3. Studiul radiaiei Roentgen a mezoatomilor .B. Estimri teoretice1. Evaluarea razei nucleelor -active din constanta de dezintegrare a dezintegrrilor ;2. Dezintegrarea a nucleelor oglind;Din toate aceste evaluri rezult:3 / 10A r R cu ( ) fm r 5 , 1 2 , 10 (n funcie de metod).1,07,01,000,900,50 R(r)/ 0r0,103,0 5,0Proprietile nucleonilorNucleele atomice pot suferi transformri care afecteaz numrul de protoni i neutroni pe care i conin, proces numit dezintegrare radioactiv. Dac transformrile nucleelor au loc spontan, procesul se numete radioactivitate. Transformrile radioactive au loc ntr-un numr mare de moduri, dar cele mai comune sunt dezintegrarea alfa (emisia unui nucleu de heliu) i dezintegrarea beta (emisia unui electron). Dezintegrrile ce implic electroni sau pozitroni sunt datorate interaciunilor nucleare slabe.n plus, ca i electronii din atom, i nucleonii din nucleu pot fi adui ntr-o stare excitat de nalt energie. Totui, aceast tranziie cere de sute de ori mai mult energie dect excitaia electronilor. La revenirea n starea fundamental, nucleul emite un foton de energie foarte nalt, numit i radiaie gamma.Transformrile nucleare au loc de asemenea i n cadrul reaciilor nucleare. n fuziunea nuclear, dou nuclee uoare se unesc ntr-un singur nucleu mai greu. n fisiunea nuclear, un nucleu greu se divide n dou sau mai multe nuclee.Atomii pot s difere prin numrul fiecrui tip de particule subatomice pe care ei le conin. Atomii aceluiai element au acelai numr de protoni (numit i numr atomic). Pentru unul i acelai element, numrul de neutroni poate s varieze determinnd izotopii acelui element. Numrul de electroni asociai cu un atom este foarte uor modificat, din cauza energiei de legtur a electronilor foarte sczut. Numrul de protoni (i neutroni) n nucleul atomic poate fi modificat prin intermediul fuziunii nucleare, a fisiunii nucleare sau a dezintegrrii radioactive, cazuri n care atomul nu mai rmne elementul care era la nceput.Atomii sunt electric neutri dac au acelai numr de protoni i electroni. Atomii care au un deficit sau un surplus de electroni se numesc ioni. Electronii care sunt departe de nucleu pot fi transferai unui atom din apropiere sau pot fi folosii n comun de doi sau mai muli atomi. Prin intermediul acestui ultim mecanism atomii sunt legai n molecule i alte tipuri de compui chimici cum ar fi reelele cristaline ionice i covalente.Atomii sunt crmizile fundamentale ale chimiei i ei se conserv n reaciile chimice.Configuraia electronicComportarea chimic a atomilor este datorat interaciunilor dintre electroni. Electronii unui atom rmn n interiorul unor configuraii electronice fixate, predictibile. Aceste configuraii sunt determinate de mecanica (cinematica) cuantic a electronilor n potenialul electric al atomului; numrul cuantic principal determin nveliuri electronice particulare cu nivele distincte de energie. n general, cu ct este mai nalt nivelul de energie, cu att este electronul mai ndeprtat de nucleu. Electronii de pe cel mai ndeprtat nveli, numii i electroni de valen, au cea mai puternic influen n comportarea chimic a atomului. Electronii de pe nveliurile interioare, (deci nu cei de valen) joac i ei un rol cu efecte secundare datorate ecranrii sarcinii pozitive din nucleul atomic.Un nveli electronic poate avea pn la 2n2 electroni, unde n este numrul cuantic principal al nveliului. nveliul ocupat cu cel mai mare neste nveliul de valen, chiar dac acesta ar avea un singur electron. n cea mai stabil stare, de baz, electronii unui atom vor umple nveliurile acestuia n ordinea cresctoare a energiei. n unele circumstane, un electron poate fi excitat pe un nivel de energie mai mare (electronul absoarbe energie de la o surs extern i sare pe un nveli mai nalt) lsnd un loc gol n nveliul energetic inferior. Electronii unui atom excitat vor cdea n mod spontan pe nivelul inferior, emind energia excedent sub form de fotoni, pn la revenirea la starea de bazPe lng numrul cuantic principal n, unui electron i se mai asociaz nc trei numere cuantice: numrul cuantic secundar l (numr cuantic azimutal, ce descrie momentul unghiular orbital), numrul cuantic magnetic m (ce descrie direcia vectorului moment unghiular) i numrul cuantic de spin s (ce descrie direcia momentului unghiular intrinsec al electronului). Electronii cu valori diferite pentru numerele cuantice l im au nveliuri distincte, evideniate prin notaia spectroscopic (configuraii s, p, d i f). n cei mai muli atomi, orbitalii cu numere l diferite nu sunt degenerate exact ci separate printr-o structur fin. Orbitalii cu numere m diferite sunt degenerate dar pot fi separate doar aplicnd un cmp magnetic, ceea ce se numete efect Zeeman. Electronii cu numere s diferite prezint diferene energetice foarte slabe, caracteriznd aa-numita structur (despicare) hiperfin.Atomii i moleculelePentru gaze i unele lichide i solide moleculare (cum ar fi apa i zahrul), moleculele sunt cele mai mici diviziuni de substan care nc mai pstreaz proprietile chimice; totui, exist multe solide i lichide care sunt compuse,de asemenea, din atomi, dar nu conin molecule discrete (cum ar fi srurile, rocile precum i metalele solide i lichide). Astfel, dei moleculele sunt comune pe Pmnt (intrnd n formarea atmosferei i a oceanelor), cea mai mare parte a Pmntului (cea mai mare parte a crustei, ntreaga manta i tot miezul) nu este format din molecule identificabile, ci, mai degrab, reprezint substan atomic dispus n alte tipuri de aranjamente particulare de ordin microscopic.Cele mai multe molecule sunt pluri-atomice; de exemplu, molecula de ap este format din doi atomi de hidrogen i un atom de oxigen. Termenul molecul a fost utilizat iniial ca un sinonim pentru molecula fundamental de gaz, indiferent de structura acestuia. Aceast definiie corespunde doar pentru cteva tipuri de gaze (de exemplu, elementele chimice inerte care nu formeaz compui, cum ar fi heliu), avnd molecule formate dintr-un singur atom.Dimensiunea atomului, vitezeAtomii sunt mult mai mici dect lungimea de und a luminii pe care o poate detecta vzul uman, fapt pentru care atomii nu pot fi vzui cu nici un fel de microscop optic. Cu toate acestea, exist alte ci de detectare a poziiilor atomilor pe suprafaa unui solid sau a unui film subire i chiar pentru a obine imagini ale acestora. Este vorba despre: microscoapele electronice (microscopia cu efect de tunel), microscopia atomic (atomic force microscopy), rezonana magnetic nuclear i microscopia cu raze X.Deoarece norul de electroni nu are o form precis, dimensiunea unui atom nu este uor de definit. Pentru atomii care formeaz reele cristaline solide, distana dintre centrele a doi atomi adiaceni poate fi uor determinat prin difracie cu raze X, gsindu-se o estimare a dimensiunii atomului. Pentru orice atom, se poate folosi raza la care se pot gsi cel mai des electronii de pe stratul de valen. De exemplu, dimensiunea atomului de hidrogen este estimat ca fiind de aproximativ 1,0610-10 m (de dou ori raza Bohr). Comparnd aceast valoare cu dimensiunea protonului (unica particul din nucleul atomului de hidrogen), care este aproximativ 10-15 m, raportul dintre dimensiunea atomului de hidrogen i cea a nucleului su este de 100.000:1. Dac un atom ar avea dimensiunea unui stadion de fotbal, atunci nucleul su ar trebui s fie de dimensiunea unei mrgele de sticl. Aproape toat masa unui atom se gsete n nucleu i aproape tot spaiul din atom este ocupat de electronii si.Atomii diferitelor elemente variaz n dimensiune, dar dimensiunea (volumul) nu este proporional cu masa atomului. Atomii grei au tendina general de a fi mai deni. Diametrele atomilor sunt aproximativ aceleai pn la un factor mai mic de trei n cazul atomilor grei, dar cel mai notabil efect al masei asupra dimensiunii este urmtorul: dimensiunea atomic descrete cu creterea masei pentru fiecare linie din tabelul periodic. Raiunea acestor efecte este aceea c elementele grele au sarcin pozitiv mare n nucleu, care atrage puternic electronii ctre centrul atomului. Aceast for de atracie contracteaz dimensiunea nveliului electronic, astfel nct un numr mai mare de electroni se pot afla ntr-un volum mai mic. Acest efect poate fi remarcabil: de exemplu, atomii elementului mai dens iridiu (mas atomic 192) au aproximativ aceeai dimensiune ca atomii de aluminiu (mas atomic 27), fapt ce contribuie la stabilirea raportului densitilor (mai mare de 8) dintre aceste metale.Temperatura unei colecii de atomi este o msur a energiei medii de micare (energie cinetic) a acestor atomi, deasupra energiei minime a punctului de zero cerut de mecanica cuantic; la 0 K (zero absolut) atomii ar trebui s nu aib extra-energie peste acest minim. Dac temperatura sistemului crete, energia cinetic a particulelor din sistem crete, deci i viteza de micare crete. La temperatura camerei, atomii ce formeaz gazele din aer se mic cu o vitez medie de 500 m/s (aproximativ 1800 km/h).Elemente, izotopi i ioniAtomii cu acelai numr atomic Z contribuie la o varietate larg de proprieti fizice i manifest proprieti chimice aproape identice (un exemplu de excepie de la acest principiu l constituie deuteriul i apa grea). Atomii sunt clasificai n elemente chimice prin numrul lor atomic Z, care corespunde numrului de protoni din nucleul atomic. De exemplu, toi atomii ce conin ase protoni (Z = 6) sunt clasificai drept carbon. Elementele pot fi sortate, conform tabelului periodic, n ordinea cresctoare a numrului atomic. Aceast metod pune n eviden cicluri repetitive regulate n proprietile chimice i fizice ale respectivelor elemente.Numrul de mas A, sau numrul nucleonic al unui element este numrul total de protoni i neutroni din atomul acelui element, denumit aa deoarece fiecare proton i neutron au masa de aproximativ 1 uam (uam = unitate atomic de mas). O colecie particular de Z protoni i A Z neutroni se numete nuclid.Fiecare element poate s aib numeroi nuclizi diferii, cu acelai Z, dar cu un numr variabil de neutroni. Membrii unei astfel de familii de nuclizi se numesc izotopii elementului (izotop = acelai loc, deoarece nuclizi au acelai simbol chimic i ocup acelai loc n tabelul periodic). Cnd se scrie numele unui nuclid particular, numele elementului (care specific Z) este precedat de numrul de mas dac este scris ca indice superior, sau este urmat de numrul de mas dac nu este indiciat superior. De exemplu, nuclidul carbon-14, care poate s fi scris i 14C, este unul dintre izotopii carbonului i conine 6 protoni i 8 neutroni n fiecare atom (numr de mas 14 = 6 + 8).Cel mai simplu atom, protium, izotop al hidrogenului, are numrul atomic 1 i numrul de mas 1; el const dintr-un proton i un electron. Izotopul hidrogenului care conine i un neutron se numete deuteriu sau hidrogen-2; izotopul hidrogenului cu doi neutroni se numete tritiu sau hidrogen-3. Tritiul este un izotop instabil care se dezintegreaz prin procesul numit radioactivitate. Muli izotopi ai fiecrui element sunt radioactivi; numrul izotopilor stabili variaz puternic de la un element la altul (de exemplu, staniul are 10 izotopi stabili). Plumbul (Z = 82) este ultimul element care are izotopi stabili. Elementele cu numr atomic 83 (bismut) i mai mare nu au izotopi stabili i sunt toi radioactivi.Virtual, toate elementele mai grele dect hidrogenul i heliul au fost create prin fenomenul de nucleosintez din stele i supernove. Sistemul nostru solar s-a format din nori de elemente provenite de la multe astfel de supernove, acum 4,6 miliarde de ani. Cele mai multe elemente mai uoare dect uraniu (Z = 92) au, fiecare, izotopi stabili sau cel puin radioizotopi cu via suficient de lung ca s poat fi ntlnii n mod natural pe Pmnt. Dou excepii notabile de elemente uoare dar radioactive cu via scurt sunt techneiu, Z = 43 i promeiu, Z = 61, care se gsesc n mod natural numai n stele. Alte cteva elemente grele cu via scurt care nu apar pe Pmnt au fost de asemenea gsite n stele. Elementele care nu se gsesc n mod normal pe Pmnt au fost create artificial prin bombardament nuclear; pn n anul 2006 s-a ajuns la elementul cu numr atomic 116 numit, temporar, ununhexium. Aceste elemente ultragrele sunt foarte instabile i se dezintegreaz rapid.Atomii care au pierdut sau ctigat electroni se numesc ioni. Ionii se mpart n cationi cu sarcin electric pozitiv (+), i anioni cu sarcin electric negativ (-).