Ein Atom kann auf zwei Arten als instabil angesehen werden. Wenn es ein Elektron aufnimmt oder verliert, wird es elektrisch geladen und hochreaktiv. Solche elektrisch geladenen Atome sind bekannt als Ionen. Instabilität kann auch im Kern auftreten, wenn die Anzahl der Protonen und Neutronen unausgewogen ist. Um ein Gleichgewicht zu erreichen, sendet das Atom Teilchen in Form von Strahlung aus, bis der Kern stabil ist. Solche instabilen Atome nennt man radioaktiv.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Ionen sind elektrisch instabil und gehen schnell chemische Bindungen ein. Atome mit instabilen Kernen emittieren Strahlung, bis die Kerne stabil werden.
Was ist ein stabiles Atom?
Um instabile Atome besser zu verstehen, hilft es zu verstehen, was Stabilität ausmacht. Im bekannten Planetenmodell besteht ein Atom aus einem Kern aus schweren positiv geladenen Teilchen, den sogenannten Protonen, und elektrisch neutralen Teilchen, den Neutronen. Um den Kern kreist eine Wolke leichter, negativ geladener Elektronen. Protonen und Elektronen haben gleiche und entgegengesetzte Ladungen.
Wenn das Atom stabil ist, hat es eine elektrische Nettoladung von 0, was bedeutet, dass die Anzahl der Protonen der Anzahl der Elektronen entspricht. Der Kern ist auch insofern ausgeglichen, als die Anzahl der Protonen der Anzahl der Neutronen entspricht. Ein solches Atom ist nicht träge. Es kann sich immer noch mit anderen verbinden, um chemische Verbindungen zu bilden, und seine Neigung dazu hängt von der Anzahl seiner Valenzelektronen oder der Elektronen ab, die mit anderen Atomen geteilt werden können.
Wenn aus einem Atom ein Ion wird
Wenn ein Atom ein Elektron verliert oder gewinnt, wird es zu einem Ion. Wenn es ein Elektron aufnimmt, ist es ein Kation, und wenn es eines verliert, ist es ein Anion. Dies geschieht am häufigsten bei chemischen Reaktionen, bei denen Atome Elektronen teilen, um eine stabile äußere Hülle von 8 zu bilden. Das Wassermolekül besteht beispielsweise aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Die Wasserstoffatome geben jeweils ihr einzelnes Elektron ab, um positiv geladene Ionen zu werden, während das Sauerstoffatom sie akzeptiert, um negativ geladen zu werden. Die Kombination bildet ein sehr stabiles, wenn auch elektrisch schwach polares Molekül.
Freie Ionen können in Lösung oder in Materialien vorkommen, die einem elektrischen Feld ausgesetzt sind. Wenn sie in Lösung vorliegen, wird die Lösung zu einem Elektrolyten, der in der Lage ist, Elektrizität zu leiten. Aufgrund ihrer elektrischen Ladung haben Ionen eine größere Neigung, sich zu verbinden und Verbindungen zu bilden als elektrisch neutrale Atome.
Nukleare Instabilität oder Radioaktivität
Wenn ein Atomkern einen Überschuss an Protonen oder Neutronen hat, wirft er diese ab, um einen ausgeglichenen Zustand zu erreichen. Wegen der Stärke der Kraft, die den Kern zusammenhält, sind die Teilchen, die aus instabilen Kernen austreten, die Radionuklide genannt werden, sehr energiereich. Diese Kerne können emittieren Alphastrahlen, die aus Protonen und Neutronen bestehen; Betastrahlen, die negativ oder positiv geladene Elektronen sind; und gamma Strahlen, das sind hochenergetische Photonen.
Wenn ein Radionuklid ein Neutron verliert, wird es zu einem anderen Isotop desselben Elements, aber wenn es ein Proton verliert, wird es zu einem völlig anderen Element. Das Atom emittiert so lange radioaktive Strahlung, bis es eine stabile Anzahl von Protonen und Neutronen erreicht hat. Die Zeit, die es braucht, bis die Hälfte einer bestimmten Probe eines bestimmten Isotops in eine stabile Form zerfällt, wird als seine. bezeichnet halbes Leben. Halbwertszeiten können von Bruchteilen einer Sekunde im Fall von Polonium-215 bis zu Milliarden von Jahren im Fall von Uran-238 variieren.