Aunque todos los átomos de un elemento tienen el mismo número de protones, los átomos pueden diferir en el número de neutrones que tienen (Tabla 1-2). Estos átomos diferentes del mismo elemento se denominan isótopos. En la Figura 1-1 se muestran cuatro isótopos de helio (He). Todos los átomos de cloro (Cl) tienen 17 protones, pero hay isótopos de cloro que tienen de 15 a 23 neutrones. Solo existen dos isótopos de cloro en cantidades significativas en la naturaleza, los que tienen 18 neutrones (75,53% de todos los átomos de cloro que se encuentran en la naturaleza) y los que tienen 20 neutrones (24,47%). Para escribir el símbolo de un isótopo, coloque el número atómico como subíndice y el número de masa (protones más neutrones) como superíndice a la izquierda del símbolo atómico. Los símbolos de los dos isótopos naturales del cloro serían Cl y Cl. Estrictamente hablando, el subíndice es innecesario, ya que todos los átomos de cloro tienen 17 protones. Por lo tanto, los símbolos isotópicos generalmente se escriben sin el subíndice: 35Cl y 37Cl. Al discutir estos isótopos, usamos. términos cloro-35 y cloro-37. Para que un núcleo sea estable, el número de neutrones debe (para los primeros elementos) igualar o superar ligeramente el número de protones. Cuantos más protones, mayor es la relación entre neutrones y protones para garantizar la estabilidad. Los núcleos que tienen demasiados tipos de partículas fundamentales son inestables y se descomponen radiactivamente de las formas que se describen en el Capítulo 23.

La masa total de un átomo se llama peso atómico, y esto es casi, pero no exactamente la suma de las masas de sus protones, neutrones y electrones constituyentes. * Cuando los protones, neutrones y electrones se combinan para formar un átomo, parte de su masa se convierte en energía y se desprende. (Esta es la fuente de energía en las reacciones de fusión nuclear.) Debido a que el átomo no se puede descomponer en sus partículas fundamentales a menos que la energía para la masa faltante se suministre desde fuera, esta energía se llama energía de enlace del núcleo.

Cada isótopo de un elemento se caracteriza por un número atómico (número total de protones), un número de masa (número total de protones sy neutrones) y un peso atómico (masa del átomo en unidades de masa atómica). Dado que las pérdidas de masa en la formación de un átomo son pequeñas, el número de masa suele ser el mismo que el peso atómico redondeado al número entero más cercano. (Por ejemplo, el peso atómico del cloro-37 es 36,966, que se redondea a 37). Si hay varios isótopos de un elemento en la naturaleza, entonces, por supuesto, el peso atómico observado experimentalmente (el peso atómico natural) será el ponderado promedio de los pesos isotópicos. El promedio se pondera según el porcentaje de abundancia de los isótopos. El cloro se presenta en la naturaleza como 75.53% de cloro-35 (34.97 amu) y 24.47% de cloro-37 (36.97 amu), por lo que el promedio ponderado de los pesos de los isótopos es

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El Los pesos atómicos que se dan en el interior de la contraportada de este libro son todos los promedios ponderados de los isótopos que ocurren en la naturaleza, y estas son las cifras que usaremos de ahora en adelante, a menos que estemos discutiendo específicamente un isótopo. Todos los isótopos de un elemento se comportan químicamente de la misma manera en su mayor parte. Su comportamiento será diferente con respecto a las propiedades sensibles a la masa, como las velocidades de difusión, que veremos más adelante en este libro.