Edellisessä luvussa tutkittiin atomin elektroneja ja niiden energiatiloja. Energiatilat ovat erimuotoisia elektronin sijainnin todennäköisyysjakaumia atomiytimen ympärillä. Atomin kokona voidaan pitää aluetta, jonka sisällä elektronit todennäköisesti ovat. Atomin ydin on tähän verrattuna todella pieni: ytimen halkaisija on vain n. 1/10 000 itse atomin halkaisijasta. Suurin osa atomista on siis ei mitään, tyhjää. Atomiydin koostuu positiivisesti varautuneista protoneista ja varauksettomista neutroneista. Näitä hiukkasia, joista atomiytimet koostuvat, kutsutaan nukleoneiksi.

Atomin järjestysluku Z kertoo atomissa olevien protonien lukumäärän. Koska atomi on sähkövaraukseltaan neutraali, siinä on yhtä monta elektronia kuin protoniakin. Koska atomin elektronirakenne on se, mitä atomista ulospäin ensisijaisesti havaitaan, tämä rakenne määrittää aineen kemialliset ominaisuudet. Atomin järjestysluku määrää siten paitsi protonien ja elektronien lukumäärän, myös, mistä alkuaineesta on kyse. Esimerkiksi hiilen järjestysluku on 6, jokaisessa hiiliatomissa on 6 protonia.

Kaukana ytimestä olevien elektronien lisääminen ja poistaminen on suhteellisen helppoa verrattuna ytimen hajoittamiseen. Elektronien lisääminen tai poistaminen atomista muuttaa sen negatiiviseksi tai positiiviiseksi ioniksi. Tämä ei kuitenkaan muuta alkuainetta toiseksi eikä vaihda sen järjestyslukua.

Atomin massaluku A kertoo protonien ja neutronien yhteenlasketun lukumäärän atomissa, eli nukleonien lukumäärän: A=Z+N. On havaittu, ettei kaikilla saman alkuaineen atomeilla ole sama massa. Atomiytimessä voi siis olla samaa määrää protoneita kohden eri määrä neutroneita. Tällöin puhutaan saman alkuaineen eri isotoopeista. Eri isotoopeilla on sama järjestysluku ja sama määrä elektroneja, joten ne ovat sähköisiltä ja kemiallisilta ominaisuuksiltaan samanlaisia ja eroavat toisistaan vain massan perusteella. Tästä syystä isotooppeja ei voida erottaa toisistaan kemiallisin menetelmin, jotka perustuvat vain atomien elektronikuorten rakenteeseen. Erotteluun voidaan käyttää esim. kurssilla 6 esiteltyä massaspektrometria.

Kolme vedyn isotoopeista: protium, deuterium ja tritium. Huomaa merkintätapa. H on vedyn tunnus. Vasemmassa alanurkassa on järjestysluku, eli protonien määrä, vasemmassa ylänurkassa massaluku, eli protonien ja neutronien kokonaismäärä.

Nykyään tunnetaan 118 eri alkuainetta ja runsaat 3000 eri isotooppia. Puhuttaessa tietystä alkuaineesta on siis täsmennettävä, mitä sen isotoopeista tarkoitetaan. Yleensä riittää vain massaluvun ilmoittaminen, koska järjestysluku nähdään alkuaineen kemiallisesta merkistä. Esimerkiksi merkintä U-230 tarkoittaa uraanin isotooppia, jonka massaluku on 230. Taulukkokirjasta nähdään uraanin järjestysluvuksi 92, joten isotoopissa U-230 on 92 protonia ja 230-92=138 neutronia.

Samaa alkuainetta voi esiintyä luonnossa eri isotooppeina. Tällöin puhutaan suhteellisesta runsaudesta. Se kertoo, kuinka suuri osa aineesta luonnossa on kutakin isotooppia. Esimerkiksi hiili esiintyy luonnossa kahtena isotooppina, C-12 ja C-13. C-12 on huomattavasti yleisempi. Sen suhteellinen runsaus on noin 98,9 % kun C-13 isotoopin suhteellinen runsaus on noin 1,1 %.

Isotoopit voidaan esittää isotooppikarttana: taulukkona, jossa on vaakarivillä neutronien lukumäärä ja pystysarakkeessa protonien lukumäärä (järjestysluku). Tietyn alkuaineen isotoopit ovat siten kaikki samassa sarakkeessa. Alla on linkki tällaiseen isotooppikarttaan. Kartassa on runsaasti tietoa isotooppien ominaisuuksista, joista osaan tutustutaan tämän kurssin aikana.

Isotooppikartta (IAEA)