Atomia voidaan pitää epävakaana kahdella tavalla. Jos se nostaa tai menettää elektronin, siitä tulee sähköisesti varautunut ja erittäin reaktiivinen. Tällaiset sähköisesti varautuneet atomit tunnetaan nimellä ioneja. Epävakautta voi esiintyä myös ytimessä, kun protonien ja neutronien määrä on epätasapainossa. Tasapainon saavuttamiseksi atomi lähettää hiukkasia säteilyn muodossa, kunnes ydin on vakaa. Tällaisten epävakaiden atomien sanotaan olevan radioaktiivinen.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Ionit ovat sähköisesti epävakaita ja muodostavat nopeasti kemiallisia sidoksia. Epävakaiden ytimien atomit lähettävät säteilyä, kunnes ytimet muuttuvat vakaina.
Mikä on vakaa atomi?
Epävakaiden atomien ymmärtämiseksi paremmin, se auttaa ymmärtämään, mikä on vakaus. Tunnetussa planeettamallissa atomi koostuu raskasta positiivisesti varautuneista hiukkasista, joita kutsutaan protoneiksi, ja sähköisesti neutraaleista, nimeltään neutronit. Ytimen kiertorata on kevyempien, negatiivisesti varautuneiden elektronien pilvi. Protoneilla ja elektroneilla on yhtä suuret ja vastakkaiset varaukset.
Kun atomi on vakaa, sen nettosähkövaraus on 0, mikä tarkoittaa, että protonien lukumäärä on yhtä suuri kuin elektronien määrä. Ydin on myös tasapainossa, koska protonien lukumäärä on yhtä suuri kuin neutronien lukumäärä. Tällainen atomi ei ole inertti. Se voi silti yhdistää muiden kanssa muodostaakseen kemiallisia yhdisteitä, ja sen taipumus tehdä niin riippuu sen valenssielektronien tai niiden elektronien lukumäärästä, jotka voidaan jakaa muiden atomien kanssa.
Kun atomista tulee ioni
Kun atomi menettää tai saa elektronin, siitä tulee ioni. Jos se saa elektronin, se on kationi, ja jos se häviää, se on anioni. Tämä tapahtuu yleisimmin kemiallisissa reaktioissa, joissa atomit jakavat elektroneja muodostaen stabiilin 8: n ulkokuoren. Esimerkiksi vesimolekyyli koostuu kahdesta vetyatomista ja happiatomista. Kumpikin vetyatomista luovuttaa yhden elektroninsa positiivisesti varautuneiksi ioneiksi, kun taas happiatomi hyväksyy niiden negatiiviseksi varaukseksi. Yhdistelmä muodostaa erittäin vakaan, joskin hieman sähköisesti polaarisen molekyylin.
Vapaita ioneja voi olla liuoksessa tai materiaaleissa, jotka altistuvat sähkökentälle. Kun ne ovat liuoksessa, liuoksesta tulee elektrolyytti, joka kykenee johtamaan sähköä. Sähkövarauksestaan johtuen ioneilla on suurempi taipumus yhdistää ja muodostaa yhdisteitä kuin sähköisesti neutraaleilla atomeilla.
Ydinvoiman epävakaus tai radioaktiivisuus
Kun atomituumassa on liikaa protoneja tai neutroneja, se heittää ne pois pyrkiessään saavuttamaan tasapainoisen tilan. Ydintä yhdessä pitävän voiman voimakkuuden vuoksi epävakaista ytimistä syntyvät hiukkaset, joita kutsutaan radionuklidiksi, ovat hyvin energisiä. Nämä ytimet voivat päästää alfasäteet, jotka koostuvat protoneista ja neutroneista; beetasäteet, jotka ovat negatiivisesti tai positiivisesti varautuneita elektroneja; ja gammasäteet, jotka ovat suurenergisiä fotoneja.
Kun radionuklidi menettää neutronin, siitä tulee saman elementin erilainen isotooppi, mutta kun se menettää protonin, siitä tulee eri elementti kokonaan. Atomi lähettää edelleen radioaktiivista säteilyä, kunnes se saavuttaa vakaan määrän protoneja ja neutroneja. Aikaa, joka kuluu puoleen tietystä isotoopin näytteestä hajoamiseen stabiiliksi muodoksi, kutsutaan sen puolikas elämä. Puoliintumisajat voivat vaihdella sekunnin murto-osista polonium-215: n tapauksessa miljardeihin vuosiin uraani-238: n tapauksessa.