Atomnumret är antalet protoner – positivt laddade partiklar – i kärnan en atom av ett kemiskt element. Grundämnen särskiljs från varandra genom antalet av dessa partiklar de har, och därför har varje grundämne sitt eget unika atomnummer. De kemiska egenskaperna hos ett grundämne bestäms av dess antal elektroner, men i en neutral atom är detta detsamma som antalet protoner. Atomer kan dock få eller förlora elektroner för att bilda negativt eller positivt laddade joner, så atomnumret definieras som antalet protoner, eftersom detta alltid är detsamma för ett givet grundämne.
Atomnummer, Massnummer och Atomvikt
Det är möjligt att blanda ihop dessa värden, men de är ganska olika från varandra. Atomer består av en kärna som innehåller positivt laddade protoner och elektriskt neutrala neutroner, med elektroner som kretsar en bit bort. Protoner och neutroner är relativt tunga och lika i vikt, men elektroner är mycket lättare och bidrar väldigt lite till vikten av en atom. Massantalet för en atom är antalet protoner plus antalet neutroner och är nästan lika med atomens vikt.
Antalet neutroner i ett grundämne kan variera. Former av ett grundämne med olika antal neutroner kallas isotoper. Till exempel har den vanligaste formen av väte en proton och inga neutroner, men två andra isotoper av väte finns, deuterium och tritium, med en respektive två neutroner. Naturligt förekommande grundämnen är ofta blandningar av olika isotoper. Kol är ett annat exempel, som består av isotoper med massnummer 12, 13 och 14. Dessa har alla sex protoner, men har sex, sju respektive åtta neutroner.
Även om 19-talets kemister hade etablerat bra approximationer av atomvikterna för de kända grundämnena, är de exakta beräkningarna inte alltid enkla, på grund av förekomsten av olika isotoper i varierande proportioner. Ofta bestäms atomvikten som ett medelvärde, baserat på den relativa förekomsten av isotoper. Eftersom vissa isotoper är instabila och förändras över tiden till andra element, kan atomvikter variera och kan representeras som ett intervall snarare än ett enda värde. Isotoper representeras vanligtvis med atomnumret längst ner till vänster på den kemiska symbolen och massnumret, eller ungefärlig atomvikt, uppe till höger. Till exempel skulle kol 13 visas som 6C13.
Den periodiska tabellen
På 1860-talet arbetade den ryske kemisten Dimitri Mendeleev på en tabell över de grundämnen som var kända vid den tiden, och listade dem först i atomviktsordning och ordnade dem i rader som grupperade grundämnen med liknande kemiska egenskaper. Det hade tidigare märkts av andra kemister att elementens egenskaper, när de sorterades efter vikt, tenderade att upprepas med mer eller mindre regelbundna intervall. Till exempel är litium, natrium och kalium alla reaktiva metaller som kombineras med icke-metaller på liknande sätt, medan helium, neon och argon alla är helt oreaktiva gaser. Av denna anledning blev Mendeleevs lista känd som det periodiska systemet.
Mendeleevs första utkast fungerade bra, men det fanns några inkonsekvenser. Till exempel, listat i viktordning, kom jod före tellur. Problemet var att detta grupperade jod med syre, svavel och selen, och tellur med fluor, klor och brom. Enligt deras kemiska egenskaper borde det omvända ha varit fallet, så innan han publicerade sin tabell 1869 bytte Mendeleev helt enkelt om dessa grundämnen. Det var dock inte förrän i början av 20-talet som orsaken till dessa inkonsekvenser avslöjades.
1913 etablerade fysikern HGJ Moseley ett samband mellan våglängderna för röntgenstrålar som produceras av olika grundämnen och deras sekvens i det periodiska systemet. När strukturen av atomen avslöjades av andra experiment runt denna tid, blev det tydligt att detta förhållande var beroende av antalet protoner i ett elements kärna, med andra ord dess atomnummer. Det periodiska systemet kan sedan ordnas efter detta nummer, vilket ger de observerade kemiska egenskaperna hos elementen på en sund teoretisk grund. De enstaka inkonsekvenserna i den ursprungliga tabellen berodde på att variationer i antalet neutroner ibland kunde resultera i att ett grundämne hade högre atomvikt än ett annat grundämne med ett högre atomnummer.
Det moderna periodiska systemet visar elementen i rutor ordnade i rader och kolumner, med atomnummer stigande längs varje rad. Varje kolumn grupperar element med liknande kemiska egenskaper. Kolumnerna bestäms av antalet och arrangemanget av elektroner i atomerna, vilket i sin tur bestäms av antalet protoner. Varje ruta innehåller normalt den kemiska symbolen för grundämnet, med atomnumret ovanför.