国際単位系 (SI) においては、大きすぎる単位や小さすぎる単位にSI接頭語を付け加えることができる。 長さの単位 オングストローム (Å) は 1 Å =
原子核の大きさは
| 接頭語 (拡大) | 接頭語 (縮小) | ||||
| da | デカ (deca) | 101 | d | デシ (deci) | 10-1 |
| h | ヘクト (hecto) | 102 | c | センチ (centi) | 10-2 |
| k | キロ (kilo) | 103 | m | ミリ (milli) | 10-3 |
| M | メガ (mega) | 106 | μ | マイクロ (micro) | 10-6 |
| G | ギガ (giga) | 109 | n | ナノ (nano) | 10-9 |
| T | テラ (tera) | 1012 | p | ピコ (pico) | 10-12 |
| P | ペタ (peta) | 1015 | f | フェムト (femto) | 10-15 |
| E | エクサ (exa) | 1018 | a | アト (atto) | 10-18 |
| Z | ゼタ (zetta) | 1021 | z | ゼプト (zepto) | 10-21 |
| Y | ヨタ (yotta) | 1024 | y | ヨクト (yocto) | 10-24 |
原子番号が違っても原子の大きさはほとんど変わらない。 正の電荷をもつ原子核と、負の電荷をもつ軌道電子がクーロン力で引き合っており、大きな原子核をもつ原子ほどその引力が強く働くためと考えられている。 次の表は常温での密度をもとに原子の大きさを求めたものである。 空間の体積を原子数で除算して求めた。 計算結果を見ると、液体と固体では、2～3倍以内の散らばりである。 原子番号に依らず一定の大きさといってよい。 気体の数値が大きすぎるのは、原子間の隙間が考慮されていないからである。 隙間がある場合、この方法では原子の大きさはわからない。 (表中「状態」を省略したものは固体である)
| 物質 | 原子量 | 状態 | 密度 (g/cm3) |
原子の直径 (10-10m) |
| 水素 | 1.00794 | 気 | 0.0899 (g/L) | 32.8833 |
| ヘリウム | 4.002602 | 気 | 0.1785 (g/L) | 41.4303 |
| リチウム | 6.941 | - | 0.534 | 3.4544 |
| ダイヤモンド | 12.0107 | - | 3.513 | 2.2133 |
| 黒鉛 | - | 2.25 | 2.5677 | |
| 窒素 | 14.0067 | 気 | 1.2506 (g/L) | 32.8717 |
| 酸素 | 15.9994 | 気 | 1.4291 (g/L) | 32.8673 |
| ナトリウム | 22.989770 | - | 0.971 | 4.2188 |
| アルミニウム | 26.981538 | - | 2.6989 | 3.1650 |
| カリウム | 39.0983 | - | 0.862 | 5.2396 |
| カルシウム | 40.078 | - | 1.55 | 4.3445 |
| 鉄 | 55.845 | - | 7.874 | 2.8228 |
| 銅 | 63.546 | - | 8.96 | 2.8228 |
| 銀 | 107.8682 | - | 10.50 | 3.1939 |
| タングステン | 183.84 | - | 19.3 | 3.1144 |
| 金 | 196.96655 | - | 19.32 | 3.1858 |
| 水銀 | 200.59 | 液 | 13.546 | 3.6079 |
| 鉛 | 207.2 | - | 11.35 | 3.8686 |
| ラドン | 222 | 気 | 9.73 (g/L) | 41.6706 |
| ウラン | 238.02891 | - | 18.95 | 3.4153 |
原子核の大きさは原子全体の約1万分の1で非常に小さいが、原子の質量のほとんどすべてが原子核に集中している。 原子核を構成する陽子と中性子のことを核子という。 核子の重さは、電子の重さの 1800 倍あまりと非常に重い。 原子中の陽子の数を原子番号、陽子数と中性子数の合計を質量数という。 天然の炭素には質量数が 12 のものと 13 のものが混じり合って存在している。 質量数が12である炭素原子 (
質量とエネルギーは相互に変換ができ、等価な量であることが示されている。 質量 m (kg) とエネルギー E (J) の間には
| 名称 | 記号 | kg | u | MeV | 電子=1 |
| 電子 | e- | 9.109 x 10-31 | 0.00055 | 0.511 | 1 |
| 陽子 | p | 1.673 x 10-27 | 1.00728 | 938.272 | 1836.15 |
| 中性子 | n | 1.675 x 10-27 | 1.00866 | 939.565 | 1838.68 |
| 炭素12原子 | 12C | 1.993 x 10-26 | 12 | 11177.930 | 21874.67 |
| 12Cの12分の1 | - | 1.661 x 10-27 | 1 | 931.494 | 1822.89 |
炭素12の原子中では、核子1個の質量 (エネルギー) が約 930 MeV であるのに、原子に束縛されない単独の核子は約 940 MeV の質量をもっている。 原子に束縛された核子は、単独で存在する核子よりも軽いのである。 原子核中にあって失われた核子の質量のことを質量欠損という。 質量欠損は原子核の結合エネルギーとして使われている。 次の表は質量欠損を質量数で除した値を比べたものである。 これは核子1個当たりの平均結合エネルギーを表す。
| 元素名 | 原子番号 | 質量数 | 原子量 (u) |
質量欠損 (u) |
平均結合 エネルギー |
| 水素 | 1 | 1 | 1.007825 | -0.000548 | -0.000548 |
| 炭素 | 6 | 12 | 12 | 0.095647 | 0.007971 |
| ナトリウム | 11 | 23 | 22.989770 | 0.194248 | 0.008446 |
| 硫黄 | 16 | 32 | 31.972071 | 0.282989 | 0.008843 |
| スカンジウム | 21 | 45 | 44.955910 | 0.404849 | 0.008997 |
| 鉄 | 26 | 56 | 55.934942 | 0.514188 | 0.009182 |
| ガリウム | 31 | 69 | 68.925581 | 0.629249 | 0.009120 |
| クリプトン | 36 | 84 | 83.911508 | 0.766351 | 0.009123 |
| ニオブ | 41 | 93 | 92.906376 | 0.842525 | 0.009059 |
| パラジウム | 46 | 106 | 105.903484 | 0.951117 | 0.008973 |
| アンチモン | 51 | 121 | 120.903822 | 1.073808 | 0.008874 |
| バリウム | 56 | 138 | 137.905242 | 1.212747 | 0.008788 |
| ジスプロシウム | 66 | 164 | 163.929171 | 1.400218 | 0.008538 |
| ルテチウム | 71 | 175 | 174.940768 | 1.476991 | 0.008440 |
| オスミウム | 76 | 192 | 191.961479 | 1.596639 | 0.008316 |
| タリウム | 81 | 205 | 204.974412 | 1.689406 | 0.008241 |
原子番号で26番 (つまり鉄) 、質量数で56番のところで結合エネルギーが最大となる。 したがって鉄よりも小さい原子核は融合して大きくなった方がより安定し、鉄よりも大きい原子核は分裂して小さくなった方がより安定する。