Een atoom kan op twee manieren als onstabiel worden beschouwd. Als het een elektron oppikt of verliest, wordt het elektrisch geladen en zeer reactief. Dergelijke elektrisch geladen atomen staan bekend als: ionen. Instabiliteit kan ook optreden in de kern wanneer het aantal protonen en neutronen uit balans is. In een poging om evenwicht te bereiken, zendt het atoom deeltjes uit in de vorm van straling totdat de kern stabiel is. Van zulke onstabiele atomen wordt gezegd dat ze radioactief.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Ionen zijn elektrisch onstabiel en vormen snel chemische bindingen. Atomen met onstabiele kernen zenden straling uit totdat de kernen stabiel worden.
Wat is een stabiel atoom?
Om onstabiele atomen beter te begrijpen, helpt het om te begrijpen wat stabiliteit inhoudt. In het bekende planetaire model bestaat een atoom uit een kern van zware positief geladen deeltjes, protonen genaamd, en elektrisch neutrale deeltjes die neutronen worden genoemd. Om de kern draait een wolk van lichtere, negatief geladen elektronen. Protonen en elektronen hebben gelijke en tegengestelde ladingen.
Wanneer het atoom stabiel is, heeft het een netto elektrische lading van 0, wat betekent dat het aantal protonen gelijk is aan het aantal elektronen. De kern is ook in evenwicht, in die zin dat het aantal protonen gelijk is aan het aantal neutronen. Zo'n atoom is niet inert. Het kan nog steeds met anderen combineren om chemische verbindingen te vormen, en de neiging om dit te doen hangt af van het aantal valentie-elektronen, of die elektronen die kunnen worden gedeeld met andere atomen.
Wanneer een atoom een ion wordt
Wanneer een atoom een elektron verliest of wint, wordt het een ion. Als het een elektron krijgt, is het een kation, en als het er een verliest, is het een anion. Dit gebeurt meestal in chemische reacties, waarbij atomen elektronen delen om een stabiele buitenste schil van 8 te vormen. Het watermolecuul bestaat bijvoorbeeld uit twee waterstofatomen en een zuurstofatoom. De waterstofatomen geven elk hun enkele elektron af om positief geladen ionen te worden, terwijl het zuurstofatoom ze accepteert om negatief geladen te worden. De combinatie vormt een zeer stabiel, zij het enigszins elektrisch polair, molecuul.
Vrije ionen kunnen voorkomen in oplossing of in materialen die onderhevig zijn aan een elektrisch veld. Wanneer ze in oplossing bestaan, wordt de oplossing een elektrolyt, die in staat is om elektriciteit te geleiden. Vanwege hun elektrische lading hebben ionen een grotere neiging om te combineren en verbindingen te vormen dan elektrisch neutrale atomen.
Nucleaire instabiliteit of radioactiviteit
Wanneer een atoomkern een overmaat aan protonen of neutronen heeft, werpt hij ze af in een poging een evenwichtige toestand te bereiken. Vanwege de kracht van de kracht die de kern bij elkaar houdt, zijn de deeltjes die uit onstabiele kernen komen, die radionucliden worden genoemd, erg energiek. Deze kernen kunnen uitzenden alfastralen, die zijn samengesteld uit protonen en neutronen; bètastralen, die negatief of positief geladen elektronen zijn; en gamma stralen, die hoogenergetische fotonen zijn.
Wanneer een radionuclide een neutron verliest, wordt het een andere isotoop van hetzelfde element, maar wanneer het een proton verliest, wordt het een totaal ander element. Het atoom blijft radioactieve straling uitzenden totdat het een stabiel aantal protonen en neutronen bereikt. De tijd die nodig is voor de helft van een bepaald monster van een bepaalde isotoop om in een stabiele vorm te vervallen, wordt zijn. genoemd halveringstijd. De halfwaardetijden kunnen variëren van fracties van een seconde in het geval van Polonium-215 tot miljarden jaren in het geval van uranium-238.