En atom kan betraktas som instabil på ett av två sätt. Om den tar upp eller förlorar en elektron blir den elektriskt laddad och mycket reaktiv. Sådana elektriskt laddade atomer är kända som joner. Instabilitet kan också förekomma i kärnan när antalet protoner och neutroner är obalanserade. I ett försök att uppnå jämvikt avger atomern partiklar i form av strålning tills kärnan är stabil. Sådana instabila atomer sägs vara radioaktiv.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Joner är elektriskt instabila och bildar snabbt kemiska bindningar. Atomer med instabila kärnor avger strålning tills kärnorna blir stabila.
Vad är en stabil atom?
För att bättre förstå instabila atomer hjälper det att uppskatta vad som utgör stabilitet. I den välbekanta planetmodellen består en atom av en kärna av tunga positivt laddade partiklar, kallade protoner, och elektriskt neutrala sådana som kallas neutroner. Omkring kärnan är ett moln av lättare, negativt laddade elektroner. Protoner och elektroner har lika och motsatta laddningar.
När atomen är stabil har den en nettoladdning på 0, vilket betyder att antalet protoner är lika med antalet elektroner. Kärnan är också balanserad genom att antalet protoner är lika med antalet neutroner. En sådan atom är inte inert. Det kan fortfarande kombineras med andra för att bilda kemiska föreningar, och dess benägenhet att göra det beror på antalet valenselektroner eller de elektroner som kan delas med andra atomer.
När en atom blir en jon
När en atom förlorar eller får en elektron blir den en jon. Om den får en elektron är det en katjon, och om den förlorar en är den en anjon. Detta händer oftast i kemiska reaktioner, där atomer delar elektroner för att bilda ett stabilt yttre skal på 8. Till exempel består vattenmolekylen av två väteatomer och en syreatom. Väteatomerna överlämnar vardera sin enskilda elektron för att bli positivt laddade joner, medan syreatomen accepterar att de blir negativt laddade. Kombinationen bildar en mycket stabil, om den är något elektriskt polär, molekyl.
Fria joner kan finnas i lösning eller i material som utsätts för ett elektriskt fält. När de finns i lösning blir lösningen en elektrolyt, som kan leda elektricitet. På grund av sin elektriska laddning har joner större benägenhet att kombinera och bilda föreningar än elektriskt neutrala atomer.
Kärninstabilitet eller radioaktivitet
När en atomkärna har ett överskott av protoner eller neutroner kastar den bort dem i ett försök att uppnå ett balanserat tillstånd. På grund av styrkan hos den kraft som håller kärnan ihop är partiklarna som kommer ut från instabila kärnor, som kallas radionuklider, mycket energiska. Dessa kärnor kan avge alfastrålar, som består av protoner och neutroner; betastrålar, som är negativt eller positivt laddade elektroner; och gammastrålar, som är högenergifotoner.
När en radionuklid förlorar en neutron blir den en annan isotop av samma element, men när den förlorar en proton blir den helt en annan. Atomen fortsätter att avge radioaktiv strålning tills den uppnår ett stabilt antal protoner och neutroner. Den tid det tar för hälften av ett givet prov av en viss isotop att förfalla till en stabil form kallas dess halveringstid. Halveringstider kan variera från bråkdelar av en sekund när det gäller Polonium-215 till miljarder år när det gäller Uranium-238.