Edellisessä luvussa tutkittiin atomin elektroneja ja niiden energiatiloja. Energiatilat ovat erimuotoisia elektronin sijainnin todennäköisyysjakaumia atomiytimen ympärillä. Atomin kokona voidaan pitää aluetta, jonka sisällä elektronit suurella todennäköisyydellä 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 ja protonia. Atomin elektronirakenne määrittää aineen kemialliset ominaisuudet. Atomin järjestysluku on sama kuin protonien lukumäärä atomissa. Jokaisella alkuaineella on sille ominainen protonien lukumäärä. Esimerkiksi hiilen järjestysluku on 6, joten jokaisessa hiiliatomissa on 6 protonia.

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

Atomin massaluku A kertoo protonien (Z) ja neutronien (N) yhteenlasketun lukumäärän atomissa, eli nukleonien lukumäärän: A=Z+N. On havaittu, että saman alkuaineen atomeilla voi olla eri massa. Tietyn alkuaineen atomilla voi olla eri määrä neutroneja. Tällöin puhutaan saman alkuaineen eri isotoopeista. Tietyn alkuaineen isotoopeilla on sama järjestysluku ja sama määrä elektroneja, joten ne ovat sähköisiltä ja kemiallisilta ominaisuuksiltaan samanlaisia. Tästä syystä isotooppeja ei voida erottaa toisistaan kemiallisin menetelmin, jotka perustuvat vain atomien elektronikuorten rakenteeseen. Erotteluun voidaan käyttää esimerkiksi oppikirjassa Resonanssi 7 esiteltyä massaspektrometria.

Alla olevassa kuvassa on kolme vedyn isotooppia, protium, deuterium ja tritium. Huomaa isotooppien merkintätapa. H on vedyn kemiallinen tunnus. Merkinnän vasemmassa alanurkassa on vedyn järjestysluku. Merkinnän vasemmassa ylänurkassa on vedyn isotoopin massaluku, eli protonien ja neutronien kokonaismäärä.

Nykyään tunnetaan 118 eri alkuainetta ja runsaat 3 000 isotooppia. Puhuttaessa tietystä alkuaineesta on siis täsmennettävä, mitä sen isotoopeista määritetään. 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 järjestysluku 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 on kutakin isotooppia. Esimerkiksi hiili esiintyy luonnossa kahtena vakaana isotooppina, joita ovat 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 vaakarivillä on neutronien 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 opintojakson aikana.

Isotooppikartta (IAEA)