Sebbene tutti gli atomi di un elemento abbiano lo stesso numero di protoni, gli atomi possono differire nel numero di neutroni che hanno (Tabella 1-2). Questi diversi atomi dello stesso elemento sono chiamati isotopi. La Figura 1-1 mostra quattro isotopi dell’elio (He). Tutti gli atomi di cloro (Cl) hanno 17 protoni, ma ci sono isotopi di cloro aventi da 15 a 23 neutroni. In natura esistono solo due isotopi del cloro in quantità significative, quelli con 18 neutroni (75,53% di tutti gli atomi di cloro trovati in natura) e quelli con 20 neutroni (24,47%). Per scrivere il simbolo di un isotopo, posizionare il numero atomico come pedice e il numero di massa (protoni più neutroni) come apice a sinistra del simbolo atomico. I simboli per i due isotopi del cloro presenti in natura allora sarebbero Cl e Cl. A rigor di termini, il pedice non è necessario, poiché tutti gli atomi di cloro hanno 17 protoni. Quindi i simboli degli isotopi sono solitamente scritti senza il pedice: 35Cl e 37Cl. Nel discutere questi isotopi, usiamo il. termini cloro-35 e cloro-37. Perché un nucleo sia stabile, il numero di neutroni dovrebbe (per i primi pochi elementi) essere uguale o leggermente superiore al numero di protoni. Più protoni, maggiore è il rapporto tra neutroni e protoni per garantire la stabilità. I nuclei che hanno troppe particelle fondamentali di entrambi i tipi sono instabili e si decompongono radioattivamente nei modi discussi nel Capitolo 23.

La massa totale di un atomo è chiamata il suo peso atomico, e questo è quasi ma non esattamente la somma delle masse dei suoi protoni, neutroni ed elettroni costituenti. * Quando protoni, neutroni ed elettroni si combinano per formare un atomo, parte della loro massa viene convertita in energia e viene emessa. (Questa è la fonte di energia nelle reazioni di fusione nucleare.) Poiché l’atomo non può essere scomposto nelle sue particelle fondamentali a meno che l’energia per la massa mancante non sia fornita dall’esterno, questa energia è chiamata energia di legame del nucleo.

Ogni isotopo di un elemento è caratterizzato da un numero atomico (numero totale di protoni), un numero di massa (numero totale di protoni se neutroni) e un peso atomico (massa dell’atomo in unità di massa atomica). Poiché le perdite di massa durante la formazione di un atomo sono piccole, il numero di massa è solitamente lo stesso del peso atomico arrotondato all’intero più vicino. (Ad esempio, il peso atomico del cloro-37 è 36,966, che è arrotondato a 37.) Se ci sono diversi isotopi di un elemento in natura, allora ovviamente il peso atomico osservato sperimentalmente (il peso atomico naturale) sarà il peso media dei pesi degli isotopi. La media è ponderata in base all’abbondanza percentuale degli isotopi. Il cloro è presente in natura come 75,53% di cloro-35 (34,97 amu) e 24,47% di cloro-37 (36,97 amu), quindi la media ponderata dei pesi degli isotopi è

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I pesi atomici riportati nella quarta di copertina di questo libro sono tutte le medie ponderate degli isotopi che si verificano in natura, e queste sono le cifre che useremo d’ora in poi, a meno che non stiamo discutendo specificamente di un isotopo. Tutti gli isotopi di un elemento si comportano chimicamente allo stesso modo per la maggior parte. Il loro comportamento sarà diverso per quanto riguarda le proprietà sensibili alla massa come i tassi di diffusione, che vedremo più avanti in questo libro.