In chimica, il termine “monatomico” si riferisce spesso a uno stato in cui gli elementi si presentano sotto forma di singoli atomi che non sono legati ad altri atomi. Ciò si verifica principalmente con i gas e tutti gli elementi possono raggiungere questo stato di singolo atomo a temperature sufficientemente elevate. Ciascuno dei cosiddetti gas nobili – elio, neon, argon, krypton, xeno e radon – è naturalmente un gas monoatomico a temperatura e pressione standard. Il termine ha un significato leggermente diverso quando si tratta di ioni, poiché gli ioni monoatomici sono costituiti da un solo elemento, ma ciascuno di questi ioni può contenere diversi atomi di quel singolo elemento. Un termine chimico correlato è biatomico, che si riferisce a una molecola composta da due atomi che possono essere dello stesso elemento o di due elementi diversi.
Gli elementi raramente esistono allo stato monoatomico, specialmente se non sono sotto forma di gas. Questo perché gli atomi tendono a raggrupparsi insieme. In chimica fisica, questa attrazione tra atomi e molecole è descritta in dettaglio dalla forza di van der Waal. I gas nobili sono costituiti da atomi molto stabili e hanno una bassa reattività chimica, motivo per cui possono esistere più facilmente allo stato monoatomico. Questi gas condividono anche altre caratteristiche, tra cui l’assenza di colore o odore.
Gli ioni sono particelle con carica negativa, dette anche anioni, o con carica positiva, dette anche cationi. Gli ioni poliatomici sono costituiti da due o più elementi. Gli ioni monoatomici sono costituiti da un elemento e ci sono due tipi di questo tipo di ione. I tipi I sono ioni costituiti da un singolo elemento che ha sempre la stessa carica in forma ionica, formando cationi o anioni. Esempi di questo sono gli ioni argento e zinco. Anche gli ioni di tipo II sono costituiti da un singolo elemento, ma in forma ionica questi elementi possono formare sia anioni che cationi, come nel caso del ferro e del rame.
Le proprietà di un singolo atomo di un elemento possono essere diverse dalle proprietà di gruppi di atomi di quello stesso elemento. L’oro monoatomico, ad esempio, ha un colore diverso e proprietà conduttive diverse rispetto ai gruppi di atomi d’oro. L’idrogeno di solito si presenta sotto forma di gas, dove due atomi di idrogeno formano una molecola di idrogeno. L’idrogeno monoatomico è molto raro e molto instabile, ma gli scienziati ritengono che potrebbe essere utilizzato come potente combustibile, ad esempio per i viaggi nello spazio.