Cos'è un isotopo?

Ogni elemento ha un numero univoco di protoni, indicato dal suo numero atomico e dalla sua posizione nella tavola periodica. Oltre ai protoni, i nuclei di tutti gli elementi, ad eccezione dell'idrogeno, contengono anche neutroni, che sono particelle elettricamente neutre con la stessa massa dei protoni. Il numero di protoni nel nucleo di un particolare elemento non cambia mai, altrimenti diventerebbe un elemento diverso. Tuttavia, il numero di neutroni può cambiare. Ogni variazione del numero di neutroni nel nucleo di un particolare elemento è un diverso isotopo di quell'elemento.

La parola "isotopo" deriva dalle parole greche isos (uguale) e topos (luogo), che significa che gli isotopi di un elemento occupano lo stesso posto nella tavola periodica, anche se hanno masse atomiche diverse. A differenza del numero atomico, che è uguale al numero di protoni nel nucleo, la massa atomica è la massa di tutti i protoni e dei neutroni.

Un modo per denotare un isotopo è scrivere il simbolo dell'elemento seguito da un numero che denota il numero totale di nucleoni nel suo nucleo. Ad esempio, un isotopo del carbonio ha 6 protoni e 6 neutroni nel suo nucleo, quindi puoi denotarlo come C-12. Un altro isotopo, C-14, ha due neutroni in più.

Un altro modo per denotare gli isotopi è con pedici e apici prima del simbolo dell'elemento. Usando questo metodo, indicheresti il ​​carbonio-12 come ¹²₆C e carbonio-14 as ¹⁴₆c. Il pedice è il numero atomico e l'apice è la massa atomica.

Ogni elemento presente in natura ha molteplici forme di isotopi e gli scienziati sono riusciti a sintetizzarne molte di più in laboratorio. In tutto, ci sono 275 isotopi degli elementi stabili e circa 800 isotopi radioattivi. Poiché ogni isotopo ha una massa atomica diversa, la massa atomica elencata per ciascun elemento nella tavola periodica è una media delle masse di tutti gli isotopi pesata per la percentuale totale di ciascun isotopo che si verifica in natura.

Ad esempio, nella sua forma più elementare, il nucleo di idrogeno è costituito da un singolo protone, ma ci sono due isotopi naturali, il deuterio (²₁H), che ha un protone, e trizio (³₁H), che ne ha due. Poiché la forma che non contiene protoni è di gran lunga la più abbondante, la massa atomica media dell'idrogeno non è molto diversa da 1. È 1.008.

Gli atomi sono più stabili quando il numero di protoni e neutroni nel nucleo è uguale. L'aggiunta di un neutrone in più spesso non altera questa stabilità, ma quando ne aggiungi due o più, l'energia di legame che tiene insieme i nucleoni potrebbe non essere abbastanza forte da tenerli. Gli atomi rilasciano i neutroni extra e con essi una certa quantità di energia. Questo processo è la radioattività.

Tutti gli elementi con numero atomico maggiore di 83 sono radioattivi a causa del gran numero di nucleoni nei loro nuclei. Quando un atomo perde un neutrone per tornare a una configurazione più stabile, le sue proprietà chimiche non cambiano. Tuttavia, alcuni degli elementi più pesanti possono perdere un protone per ottenere una configurazione più stabile. Questo processo è trasmutazione perché l'atomo si trasforma in un elemento diverso quando perde un protone. Quando ciò accade, l'atomo che subisce il cambiamento è l'isotopo genitore e quello rimasto dopo il decadimento radioattivo è l'isotopo figlio. Un esempio di trasmutazione è il decadimento dell'uranio-238 in torio-234.