Atome lassen sich anhand des Lichts identifizieren, das sie aussenden. Bei einer Gasentladungsröhre oder einer Flammenprobe handelt es sich bei der Farbe nicht um einen farbigen Überzug. Sie entsteht dadurch, dass Elektronen im Atom spezifische Energiepakete in Form von Photonen freisetzen. Da jedes Element über einen eigenen Satz zulässiger Elektronenenergien verfügt, erzeugt es ein charakteristisches Muster aus hellen Linien anstelle eines kontinuierlichen Regenbogens.
Um den Nachweis mit der Identität zu verknüpfen, vergleicht man die Positionen der hellen Linien verschiedener Elemente und betrachtet das Muster als Fingerabdruck – und nicht bloß als einzelne Farbe.
Eine Spektrallinie entsteht, wenn ein Elektron von einem höheren Energiezustand in einen niedrigeren übergeht und das Atom dabei ein Photon mit der Energie aussendet. Größere Abstände zwischen den erlaubten Energieniveaus führen zu Licht höherer Frequenz, das bläulicher erscheint; kleinere Abstände erzeugen Licht niedrigerer Frequenz, das eher rötlich wirkt. Dass nur bestimmte Frequenzen auftreten, belegt, dass die Energien der Elektronen in Atomen quantisiert und nicht kontinuierlich sind.
Atome bestehen größtenteils aus leerem Raum; die Elektronen bewegen sich daher – gemessen an der Größe des Atomkerns – weit entfernt von diesem. Der Atomkern vereint nahezu die gesamte Masse des Atoms auf sich, da er Protonen und Neutronen enthält, während die Elektronen kaum zur Masse beitragen, aber durch ihre Ladung und räumliche Verteilung die Bindungsverhältnisse und die chemische Reaktivität bestimmen.
Die Ordnungszahl entspricht der Anzahl der Protonen im Atomkern und bestimmt die Identität des Elements. Die Massenzahl ist die Gesamtzahl der Nukleonen; es gilt also . Ein Isotop ist ein Atom desselben Elements mit einer abweichenden Neutronenzahl; Isotope haben somit dieselbe Ordnungszahl , aber unterschiedliche Massenzahlen . Ein Ion ist ein Atom mit einer Nettoladung, das Elektronen aufgenommen oder abgegeben hat; es gilt also (in Einheiten der Elementarladung).
Nutzen Sie diese Zusammenhänge, um zwischen Symbolen und Teilchenzahlen zu wechseln. Für (,^{23}{11}!Na) gilt: , , und ein neutrales Atom hat . Für (,^{35}{17}!Cl^{-}) gilt: , , und die Ladung bedeutet . Üben Sie die Umrechnung in beide Richtungen und überprüfen Sie stets, ob der Summe entspricht und ob die Ladung dem Wert gleicht.