Unsur kimia
bentuk tabel periodik, yang mengelompokkan unsur-unsur dengan kemiripan sifat kimia (dan biasanya juga memiliki struktur elektron yang mirip).
Nomor atom suatu unsur sama dengan jumlah proton dalam masing-masing atom, dan mendefinisikan unsur kimia. Sebagai contoh, seluruh atom karbon mengandung 6 proton dalam inti atomnya; sehingga nomor atom karbon adalah 6. Atom karbon dapat memiliki jumlah neutron yang berbeda; atom dari unsur yang sama tetapi memiliki jumlah netron yang berbeda dikenal sebagai isotop.
Jumlah proton dalam inti atom juga menentukan muatan listrik, yang pada gilirannya menentukan jumlah elektron atom tersebut dalam kondisi tak terionisasi. Elektron menempati orbital atom yang menentukan beragam sifat kimia atom. Jumlah neutron dalam inti atom biasanya berpengaruh sangat kecil pada sifat unsur kimia (kecuali dalam kasus hidrogen dan deuterium). Oleh karena itu,
seluruh isotop karbon memiliki sifat kimia yang hampir identik karena kesemuanya memiliki enam proton dan enam elektron, meskipun atom karbon dapat mempunyai, misalnya, 6 atau 8 neutron. Inilah dasar pemikiran penentuan karakteristik unsur kimia menggunakan nomor atom, dan bukannya nomor massa atau massa atom.
Isotop adalah atom-atom unsur yang sama (yaitu, dengan jumlah proton yang sama dalam inti atomnya), tetapi memiliki jumlah neutron yang berbeda. Oleh karena itu, terdapat, misalnya, tiga isotop utama karbon. Seluruh atom karbon memiliki 6 proton di dalam intinya, tetapi mereka dapat memiliki 6, 7, atau 8 neutron. Sehingga, nomor massanya masing-masing
adalah 12, 13, dan 14. Ketiga isotop karbon tersebut dikenal sebagai karbon-12, karbon-13, dan karbon-14, seringkali disingkat sebagai 12 C, 13 C, 14 C. Karbon dalam kehidupan sehari-hari dan dalam ilmu kimia adalah campuran dari 12 C (sekitar 98.8%), 13 C (sekitar 1.1%) dan sekitar 1 atom per trilyun 14 C.
Sebagian besar unsur alami (66 dari 94) memiliki lebih dari satu isotop stabil. Selain isotop hidrogen (yang masing-masing memiliki massa relatif sangat jauh berbeda-cukup untuk menyebabkan efek kimia), isotop-isotop unsur terdaftar secara kimia hampir tidak dapat dibedakan.
Seluruh unsur memiliki isotop yang bersifat radioaktif (radioisotop), meskipun tidak semua radioisotop ini terjadi secara alami. Radioisotop umumnya meluruh menjadi unsur lain dengan memancarkan partikel alfa atau beta. Jika suatu unsur memiliki isotop yang tidak bersifat radioaktif, ini disebut sebagai isotop "stabil". Seluruh isotop stabil yang dikenal terjadi secara alami (lihat isotop primordial). Kebanyakan
radioisotop yang tidak dijumpai di alam telah dijelaskan setelah dibuat secara artifisial. Unsur-unsur tertentu tidak memiliki isotop stabil dan hanya terdiri dari isotop radioaktif: secara spesifik, unsur tanpa isotop stabil adalah teknesium (nomor atom 43), prometium (nomor 61), dan seluruh unsur dengan nomor atom lebih dari 82.
Dari 80 unsur dengan sekurang-kurangnya satu isotop stabil, 26 di antaranya hanya memiliki sebuah isotop stabil. Rata-rata jumlah isotop stabil untuk 80 unsur stabil adalah 3.1 isotop stabil per unsur. Jumlah isotop stabil terbanyak yang terjadi untuk unsur tunggal adalah 10 isotop (timah, nomor atom 50).
Nomor massa unsur, A, adalah jumlah nukleon (proton dan neutron) dalam inti atom. Isotop yang berbeda dari unsur tertentu dibedakan berdasarkan nomor massanya, yang secara konvensional ditulis sebagai superskrip di sebelah lambang atom (misalnya 238 U). Nomor massa selalu bilangan bulat dan memiliki satuan "nukleon". Sebagai contoh, magnesium-24 (24 adalah nomor massa) adalah sebuah atom dengan 24 nukleon (12 proton dan 12 neutron).
Sementara nomor massa hanya berupa pencacahan jumlah neutron dan proton, sehingga menghasilkan bilangan bulat, nomor massa suatu atom berupa bilangan riil yang menyatakan massa isotop (atau "nuklida") unsur tertentu, dinyatakan dalam satuan massa atom (lambang: u). Secara umum, nomor massa nuklida tertentu memiliki nilai yang sedikit berbeda dari massa atomnya, karena
massa masing-masing proton dan neutron tidak tepat 1 u; elektron hanya sedikit kontribusinya terhadap massa atom ketika jumlah neutron melebihi jumlah proton, dan (akhirnya) energi ikatan nuklir.
Sebagai contoh, massa atom klorin-35 hingga lima angka bermakna adalah 34.969 u dan klorin-37 adalah 36.966 u. Namun, massa atom dalam u untuk masing-masing isotop sangat mendekati nomor massa sederhananya (selalu dalam rentang 1%). Satu-satunya isotop yang memiliki massa atom tepat bilangan asli adalah 12 C yang secara definitif memiliki massa tepa 12, karena u didefinisikan sebagai 112 dari massa atom karbon-12 alami bebas dalam keadaan dasar.
Berat atom standar (umum disebut sebagai "berat atom") suatu unsur adalah rata-rata massa atom seluruh isotop unsur kimia yang ditemukan di lingkungan tertentu, tertimbang sesuai kelimpahan isotopnya, relatif terhadap satuan massa atom. Angka ini dapat berupa fraksi yang tidak mendekati bilangan bulat. Misalnya, massa atom relatif klorin adalah 35.453 u, yang sangat
jauh berbeda dari bilangan bulat karena merupakan rata-rata dari 76% klorin-35 dan 24% klorin-37. Ketika nilai massa atom relatif berbeda lebih dari 1% dari bilangan bulat, akibat dirataratakan, hal itu menunjukkan bahwa keberadaannya di alam diwakili oleh lebih dari satu isotop dalam jumlah yang banyak.
Kimiawan dan ilmuwan nuklir memiliki definisi yang berbeda terkait unsur murni. Dalam kimia, unsur murni berarti suatu zat yang seluruh (atau hampir seluruh) atomnya memiliki nomor atom atau jumlah proton, yang sama. Sementara ilmuwan nuklir mendefinisikan unsur murni sebagai sesuatu yang mengandung hanya satu isotop stabil.
Sebagai contoh, kawat tembaga secara kimia berkemurnian 99.99% jika 99.99% nya adalah atom tembaga, dengan masing-masing 29 proton. Namun ia tidak murni secara isotop karena tembaga biasa mengandung dua isotop stabil, 69% 63 Cu dan 31% 65 Cu, dengan jumlah proton yang berbeda. Namun, batangan emas murni dinyatakan murni secara kimia maupun isotop karena emas biasa hanya mengandung satu isotop, 197 Au.
Atom unsur berkemurnian kimia dapat berikatan kimia satu dengan lainnya melalui lebih dari satu cara, memungkinkan unsur murni terdapat dalam banyak struktur kimia (penataan ulang spasial atom), yang dikenal sebagai alotrop, yang memiliki sifat berbeda. Sebagai contoh, karbon dapat dijumpai sebagai intan, yang memiliki struktur tetrahedral di sekeliling masing-masing atom karbon; grafit,
yang memiliki lapisan atom karbon dengan struktur heksagonal yang ditumpuk; grafena, yang merupakan lapisan tunggal grafit yang sangat kuat; fulerena, yang memiliki bentuk hampir bulat, dan tabung nano karbon, yang berbentuk tabung dengan struktur heksagonal (bahkan inipun berbeda satu dengan lainnya dalam hal sifat listrik). Kemampuan suatu unsur untuk berada dalam lebih dari satu bentuk struktur dikenal sebagai 'alotropi'.
Keadaan standar, dikenal juga sebagai keadaan rujukan, suatu unsur didefinisikan sebagai keadaan paling stabilnya secara termodinamika pada tekanan 1 bar dan temperatur tertentu (biasanya pada 298.15 K). Dalam termokimia, suatu unsur didefinisikan memiliki entalpi pembentukan nol dalam keadaan dasarnya. Sebagai contoh, keadaan standar karbon adalah grafit, karena struktur grafit lebih stabil daripada alotrop lainnya.
Beberapa kategori dapat diterapkan secara luas terhadap unsur, termasuk memperhatikan sifat fisik dan kimia mereka secara umum, keadaan materi dalam kondisi yang banyak dijumpai, titik lebur dan didihnya, massa jenisnya, struktur kristalnya sebagai padatan, dan asal-usulnya.
Beberapa istilah umum digunakan untuk menandai sifat fisik dan kimia umum unsur-unsur kimia. Pembeda pertama adalah antara logam, yang mudah menghantarkan listrik, nonlogam, yang tidak menghantarkan listrik, dan sekelompok kecil (metaloid), yang memiliki sifat di antara keduanya dan sering berperilaku sebagai semikonduktor.