Todos los átomos tienen una estructura común. Poseen un núcleo (que está formado por protones y neutrones) y electrones que se mueven alrededor de él. Los protones tienen carga eléctrica positiva y los electrones tienen carga eléctrica negativa, lo que hace que el átomo sea eléctricamente neutro. La masa de los neutrones es ligeramente superior a la masa de los protones y alrededor de dos mil veces mayor que la masa de los electrones. Dicho de otra manera, la masa de los átomos está constituida fundamentalmente por la masa de su núcleo.

Cada elemento químico está formado por átomos del mismo tipo. Imagínate que te propusiéramos la pregunta ¿de qué está hecho un alambre de cobre? Seguramente la considerarás una interrogante tonta, pero es un claro ejemplo de que un elemento está constituido por el mismo tipo de átomos. La respuesta sin lugar a dudas es cobre. No tiene átomos ni de aluminio ni de hierro sólo de cobre. Es decir, los átomos de un mismo elemento químico son idénticos y los átomos de elementos químicos diferentes son distintos.

Si revisas cualquier tabla periódica de elementos químicos, te darás cuenta que están acomodados en orden creciente de lo que en ella se identifica como número atómico.

El número atómico es un concepto importante de la Química que indica el número de protones en el núcleo del átomo. El elemento químico y el lugar que ocupa en la tabla periódica se derivan de este concepto.

El átomo es eléctricamente neutro, así que el número de electrones es igual al número de protones. Por lo tanto, el número atómico también será igual al número de electrones presentes en el átomo.

Como ya dijimos, los átomos de diferentes elementos tienen diferentes números de electrones y protones, y en consecuencia, tienen diferente número atómico. Se representa con la letra Z y da la identidad del átomo. Por ejemplo, un átomo de calcio tiene como número atómico 20, por lo que sabemos que tiene 20 protones y 20 electrones. Siempre se escribe en el extremo inferior izquierdo del símbolo del elemento químico: ₂₀Ca. Sirve para identificar el elemento y su posición en la tabla periódica. Si te preguntan qué elemento tiene por número atómico 35, lo primero que debes hacer es revisar la tabla periódica e identificar el número atómico 35, así podrás observar que el elemento es bromo, su símbolo es Br y si su número atómico es 35, tiene 35 protones y 35 electrones. La tabla periódica es de gran utilidad si la sabes manejar.

A finales del siglo XIX, el químico ruso Demetrio Mendeliev clasificó los 63 elementos conocidos en su época de acuerdo con su masa atómica. Mendeliev comenzó con el hidrógeno, ya que era el elemento más sencillo. La tabla que manejamos el día de hoy es esencialmente un acomodo de acuerdo al número atómico de los átomos de cada elemento.

La primera vez que se identificó al número atómico como una propiedad relevante de los átomos fue en 1913. El físico inglés Henry Gwyn Jeffreys Moseley lo logró mediante el análisis de la emisión de rayos X de los elementos. Moseley demostró que los registros de la emisión de rayos X de los átomos pueden ordenarse en forma sucesiva, y dedujo, con base en ello, que existe un orden numérico en el que pueden ser colocados los elementos, en lugar de seguir el de los pesos atómicos utilizado por Mendeliev.

Moseley dotó a cada elemento de un número atómico, que correspondía a la posición de aquél en la sucesión y coincide con el número de protones que tienen los átomos correspondientes. Con sus trabajos se pudo replantear la ley periódica en función del número atómico.

Las propiedades de los elementos son una función periódica de sus números atómicos.

La ley periódica postulada en estos términos no presenta excepciones. Si observas el acomodo de los elementos en la tabla periódica fijando tu atención en la masa atómica, notarás que va en aumento, a excepción del yodo y del telurio o del níquel y del cobalto y de otros más que tú podrás identificar fácilmente. Por lo tanto, el número atómico es un parámetro más fundamental que la masa atómica para la clasificación de los elementos.

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Hemos visto que el número atómico nos indica el número de protones, y por lo tanto, el número de electrones de un átomo. Seguramente recuerdas que los protones se encuentran dentro del núcleo y los electrones fuera de él. Los electrones pueden absorber energía y pasar a niveles más alejados del núcleo adquiriendo un estado excitado. Así, es importante indicar que los electrones determinan principalmente el comportamiento químico de un átomo.

La teoría del átomo de Bohr postula que los electrones no están localizados arbitrariamente alrededor del núcleo del átomo, sino que se organizan en capas o niveles de energía específicas. Cada capa o nivel tiene una capacidad limitada de electrones. A medida que las capas o niveles internas se llenan, se acomodan electrones adicionales en niveles más distantes. Bohr dedujo que cada nivel de energía de un átomo sólo podía contener cierto número de electrones, y está dado por la fórmula 2n², donde n es igual al número del nivel de energía que se está llenando. Por ejemplo, en el primer nivel de energía, si utilizas la fórmula 2n², en el primer nivel n=1 y sustituyes 2(1)²=2, obtienes que el número máximo de electrones que se puede acomodar es 2. Sí así lo haces sucesivamente para los niveles 2 y 3 de energía, obtienes 8 electrones para el segundo nivel y 18 electrones para el tercer nivel.

Por ejemplo, el ₁₁ Na tiene como número atómico 11. Tiene 11 electrones y 11 protones, y el acomodo de sus electrones en el átomo es de la siguiente manera: en el primer nivel, sólo se pueden acomodar 2 como máximo, así que en el siguiente nivel se acomodan 8 electrones, sumando 10 electrones, y en el tercer nivel, el electrón restante. Si observas la imagen en el tercer nivel de energía, sólo hay un electrón. Este electrón es el que se conoce como electrón de valencia. Una forma muy común de ejemplificar el llenado de los niveles de energía por los electrones es por medio del siguiente diagrama: