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Tutti gli elementi sono isotopi. Sebbene tutti gli atomi di un dato elemento abbiano lo stesso numero atomico (numero di protoni), il peso atomico (numero di protoni e neutroni insieme) varia. Il termine "isotopo" si riferisce a questa variazione del peso atomico: due atomi con lo stesso numero di protoni e un diverso numero di neutroni sono due isotopi dello stesso elemento.
Numero atomico
I protoni sono particelle cariche positivamente in un nucleo di atomi. Un atomo, nel suo insieme, porta una carica neutra, quindi ogni protone caricato positivamente è bilanciato da una particella caricata negativamente. Queste particelle negative - elettroni - orbitano al di fuori del nucleo. La configurazione orbitale degli elettroni determina come un atomo reagirà e si legherà ad altri atomi, dando a ciascun elemento le sue caratteristiche chimiche e fisiche specifiche. Ogni elemento ha un numero atomico univoco sopra l'abbreviazione chimica nella tavola periodica.
Peso atomico
I neutroni sono particelle subatomiche che non portano carica, quindi il numero di neutroni in un nucleo di atomi non influenza il numero di elettroni o la loro configurazione orbitale. Due atomi con lo stesso numero di protoni e un diverso numero di neutroni avranno le stesse proprietà fisiche e chimiche ma pesi atomici diversi. Questi due atomi sono isotopi diversi dello stesso elemento. Ad esempio, l'isotopo più comune dell'idrogeno è H-1, il che significa che l'atomo ha un protone e nessun neutrone, ma esistono anche isotopi H-2 e H-3, rispettivamente con uno e due neutroni. La tavola periodica indica un peso atomico medio degli elementi sotto il simbolo chimico degli elementi.
Isotopi radioattivi
Gli isotopi più pesanti di un atomo sono spesso instabili e nel tempo si scompongono in isotopi più leggeri. Questo decadimento atomico rilascia energia sotto forma di radiazione alfa, beta e gamma. L'idrogeno-3, ad esempio, è radioattivo e si scompone in idrogeno-2. Tutti gli elementi hanno isotopi radioattivi che decadono a velocità variabili. Il tasso di decadimento viene misurato in emivite - la quantità di tempo impiegata per metà degli isotopi radioattivi in un campione di un dato elemento per decadere in isotopi più leggeri. L'emivita per l'idrogeno-3 è di 12,32 anni.
Utilizza per isotopi radioattivi
Ricercatori e professionisti medici fanno ampio uso di isotopi radioattivi. Misurando la quantità dell'isotopo radioattivo naturale carbonio-14, archeologi e paleontologi possono determinare l'età approssimativa di un fossile o di un manufatto. I medici usano gli isotopi iodio-131 e bario-137 come traccianti radioattivi per rilevare problemi cardiaci, tumori cerebrali e altre anomalie, e il cobalto-60 funge da fonte di radiazioni per arrestare lo sviluppo di tumori cancerosi.