Un atomo può essere considerato instabile in due modi. Se raccoglie o perde un elettrone, diventa elettricamente carico e altamente reattivo. Tali atomi caricati elettricamente sono noti come ioni. L'instabilità può verificarsi anche nel nucleo quando il numero di protoni e neutroni è sbilanciato. Nel tentativo di raggiungere l'equilibrio, l'atomo emette particelle sotto forma di radiazione finché il nucleo non è stabile. Si dice che tali atomi instabili siano radioattivo.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
Gli ioni sono elettricamente instabili e formano rapidamente legami chimici. Gli atomi con nuclei instabili emettono radiazioni finché i nuclei non diventano stabili.
Che cos'è un atomo stabile?
Per comprendere meglio gli atomi instabili, aiuta ad apprezzare ciò che costituisce la stabilità. Nel familiare modello planetario, un atomo è costituito da un nucleo di particelle pesanti cariche positivamente, chiamate protoni, e di particelle elettricamente neutre chiamate neutroni. In orbita attorno al nucleo c'è una nuvola di elettroni più leggeri e carichi negativamente. Protoni ed elettroni hanno cariche uguali e opposte.
Quando l'atomo è stabile, ha una carica elettrica netta pari a 0, il che significa che il numero di protoni è uguale al numero di elettroni. Anche il nucleo è bilanciato, in quanto il numero di protoni è uguale al numero di neutroni. Un tale atomo non è inerte. Può ancora combinarsi con altri per formare composti chimici e la sua propensione a farlo dipende dal numero dei suoi elettroni di valenza, o quegli elettroni che possono essere condivisi con altri atomi.
Quando un atomo diventa uno ione
Quando un atomo perde o acquista un elettrone, diventa uno ione. Se guadagna un elettrone, è un catione, e se ne perde uno, è un anione. Ciò accade più comunemente nelle reazioni chimiche, in cui gli atomi condividono gli elettroni per formare un guscio esterno stabile di 8. Ad esempio, la molecola dell'acqua è costituita da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno. Gli atomi di idrogeno cedono ciascuno il loro singolo elettrone per diventare ioni caricati positivamente, mentre l'atomo di ossigeno li accetta per caricarsi negativamente. La combinazione forma una molecola molto stabile, anche se leggermente polare elettricamente.
Gli ioni liberi possono esistere in soluzione o in materiali soggetti a un campo elettrico. Quando esistono in soluzione, la soluzione diventa un elettrolita, che è in grado di condurre elettricità. A causa della loro carica elettrica, gli ioni hanno una maggiore propensione a combinare e formare composti rispetto agli atomi elettricamente neutri.
Instabilità nucleare o radioattività
Quando un nucleo atomico ha un eccesso di protoni o neutroni, li espelle nel tentativo di raggiungere uno stato di equilibrio. A causa della forza della forza che tiene insieme il nucleo, le particelle che emergono dai nuclei instabili, che sono chiamate radionuclidi, sono molto energiche. Questi nuclei possono emettere raggi alfa, che sono composti da protoni e neutroni; raggi beta, che sono elettroni carichi negativamente o positivamente; e raggi gamma, che sono fotoni ad alta energia.
Quando un radionuclide perde un neutrone, diventa un isotopo diverso dello stesso elemento, ma quando perde un protone, diventa un elemento completamente diverso. L'atomo continua ad emettere radiazioni radioattive finché non raggiunge un numero stabile di protoni e neutroni. Il tempo impiegato dalla metà di un dato campione di un particolare isotopo per decadere in una forma stabile è chiamato suo metà vita. Le emivite possono variare da frazioni di secondo nel caso del Polonio-215, a miliardi di anni nel caso dell'Uranio-238.