Atomski broj je broj protona – pozitivno nabijenih čestica – u jezgri atom kemijskog elementa. Elementi se međusobno razlikuju po broju čestica koje imaju, pa svaki element ima svoj jedinstveni atomski broj. Kemijska svojstva elementa određena su njegovim brojem elektrona, ali u neutralnom atomu to je isto kao i broj protona. Atomi, međutim, mogu dobiti ili izgubiti elektrone kako bi formirali negativno ili pozitivno nabijene ione, pa je atomski broj definiran kao broj protona, jer je on uvijek isti za dati element.
Atomski broj, maseni broj i atomska težina
Moguće je zbuniti ove vrijednosti, ali one su prilično različite jedna od druge. Atomi se sastoje od jezgre koja sadrži pozitivno nabijene protone i električno neutralne neutrone, s elektronima koji kruže na određenoj udaljenosti. Protoni i neutroni su relativno teški i slične težine, ali elektroni su mnogo lakši i vrlo malo doprinose težini atoma. Maseni broj atoma je broj protona plus broj neutrona i gotovo je jednak težini atoma.
Broj neutrona u elementu može varirati. Oblici elementa s različitim brojem neutrona poznati su kao izotopi. Na primjer, najčešći oblik vodika ima jedan proton i nema neutrona, ali postoje dva druga izotopa vodika, deuterij i tricij, s jednim, odnosno dva neutrona. Prirodni elementi često su mješavine različitih izotopa. Ugljik je još jedan primjer, koji se sastoji od izotopa s masenim brojevima 12, 13 i 14. Svi oni imaju šest protona, ali imaju šest, sedam i osam neutrona.
Iako su kemičari iz 19. stoljeća uspostavili dobre aproksimacije atomskih težina poznatih elemenata, precizni izračuni nisu uvijek jednostavni, zbog pojave različitih izotopa u različitim omjerima. Često se atomska težina određuje kao prosjek, na temelju relativnog obilja izotopa. Budući da su neki izotopi nestabilni, mijenjaju se tijekom vremena u druge elemente, atomske težine mogu varirati i mogu biti predstavljene kao raspon, a ne kao jedna vrijednost. Izotopi su obično predstavljeni atomskim brojem u donjem lijevom kutu kemijskog simbola, a masenim brojem ili približnom atomskom težinom u gornjem desnom kutu. Na primjer, ugljik 13 bi bio prikazan kao 6C13.
Periodna tablica
U 1860-ima ruski kemičar Dimitri Mendeljejev radio je na tablici tada poznatih elemenata, isprva ih navodeći po atomskoj težini i poredajući ih u redove koji zajedno grupiraju elemente sličnih kemijskih svojstava. Prethodno su drugi kemičari primijetili da se svojstva elemenata, kada su poredani prema težini, imaju tendenciju ponavljanja u manje-više pravilnim intervalima. Na primjer, litij, natrij i kalij su svi reaktivni metali koji se kombiniraju s nemetalima na sličan način, dok su helij, neon i argon potpuno nereaktivni plinovi. Zbog toga je Mendeljejevljev popis postao poznat kao periodni sustav.
Mendeljejevljev prvi nacrt je dobro funkcionirao, ali bilo je nekoliko nedosljednosti. Na primjer, prema redoslijedu težine, jod je došao prije telurija. Problem je bio što je to grupiralo jod s kisikom, sumporom i selenom, a telur s fluorom, klorom i bromom. Prema njihovim kemijskim svojstvima, trebalo je biti obrnuto, pa je Mendeljejev prije objavljivanja svoje tablice 1869. jednostavno zamijenio te elemente. Međutim, tek početkom 20. stoljeća otkriven je razlog tih nedosljednosti.
Godine 1913., fizičar HGJ Moseley uspostavio je odnos između valnih duljina X-zraka koje proizvode različiti elementi i njihovog slijeda u periodnom sustavu. Kako je struktura atoma otkrivena drugim eksperimentima otprilike u to vrijeme, postalo je jasno da ovaj odnos ovisi o broju protona u jezgri elementa, drugim riječima, njegovom atomskom broju. Periodni sustav bi se tada mogao poredati po tom broju, stavljajući promatrana kemijska svojstva elemenata na zdravu teorijsku osnovu. Povremene nedosljednosti u izvornoj tablici nastale su zbog činjenice da su varijacije u broju neutrona ponekad mogle rezultirati da element ima veću atomsku težinu od drugog elementa s većim atomskim brojem.
Suvremeni periodni sustav prikazuje elemente u okvirima raspoređenim u retke i stupce, s atomskim brojem koji raste duž svakog retka. Svaki stupac grupira elemente sa sličnim kemijskim svojstvima. Stupci su određeni brojem i rasporedom elektrona u atomima, što je opet određeno brojem protona. Svaka kutija obično sadrži kemijski simbol za element, s atomskim brojem iznad.