Quali elementi sono gli isotopi?

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.

I protoni sono particelle cariche positivamente nel nucleo di un atomo. Un atomo, nel suo insieme, porta una carica neutra, quindi ogni protone caricato positivamente è bilanciato da una particella carica negativa. Queste particelle negative, gli elettroni, orbitano fuori dal nucleo. La configurazione orbitale degli elettroni determina come un atomo reagirà e si legherà ad altri atomi, conferendo a ciascun elemento le sue specifiche caratteristiche chimiche e fisiche. Ogni elemento ha un numero atomico univoco stampato sopra l'abbreviazione chimica sulla tavola periodica.

I neutroni sono particelle subatomiche che non portano carica, quindi il numero di neutroni nel nucleo di un atomo 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 diversi pesi atomici. Questi due atomi sono isotopi differenti 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 fornisce il peso atomico medio di un elemento sotto il simbolo chimico dell'elemento.

Gli isotopi più pesanti di un atomo sono spesso instabili e si scompongono in isotopi più leggeri nel tempo. Questo decadimento atomico rilascia energia sotto forma di radiazioni alfa, beta e gamma. L'idrogeno-3, ad esempio, è radioattivo e si decompone in idrogeno-2. Tutti gli elementi hanno isotopi radioattivi che decadono a velocità variabili. Il tasso di decadimento è misurato in emivite: il tempo impiegato dalla metà degli isotopi radioattivi in ​​un campione di un dato elemento per decadere in isotopi più leggeri. L'emivita dell'idrogeno-3 è di 12,32 anni.

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.