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 è stabile. Si dice che tali atomi instabili siano radioattivi.

TL; DR (Troppo lungo, non letto)

Gli ioni sono elettricamente instabili e sono rapidi a formare legami chimici. Gli atomi con nuclei instabili emettono radiazioni finché i nuclei non diventano stabili.

Che cos'è un atomo stabile?

Per capire meglio gli atomi instabili, aiuta ad apprezzare ciò che costituisce la stabilità. Nel modello planetario familiare, un atomo consiste in un nucleo di pesanti particelle caricate positivamente, chiamate protoni, e quelle elettricamente neutre chiamate neutroni. Orbitare il nucleo è una nuvola di elettroni più leggeri e carichi negativamente. I protoni e gli 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. Il nucleo è anche bilanciato, in quanto il numero di protoni è uguale al numero di neutroni. Un tal 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 da quegli elettroni che possono essere condivisi con altri atomi.

Quando un atomo diventa un ione

Quando un atomo perde o guadagna un elettrone, diventa un ione. Se guadagna un elettrone, è un catione, e se ne perde uno, è un anione. Questo accade più comunemente nelle reazioni chimiche, in cui gli atomi condividono elettroni per formare un guscio esterno stabile di 8. Ad esempio, la molecola d'acqua è composta da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno. Gli atomi di idrogeno cedono ognuno 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 elettricamente polare.

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 di atomi elettricamente neutri.

Instabilità nucleare o radioattività

Quando un nucleo atomico ha un eccesso di protoni o neutroni, li butta via nel tentativo di raggiungere uno stato equilibrato. A causa della forza della forza che tiene insieme il nucleo, le particelle che emergono dai nuclei instabili, che sono chiamati radionuclidi, sono molto energiche. Questi nuclei possono emettere raggi alfa, composti da protoni e neutroni; raggi beta , che sono elettroni caricati 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 a emettere radiazioni radioattive fino a raggiungere un numero stabile di protoni e neutroni. Il tempo impiegato da metà di un dato campione di isotopo particolare per decadere in una forma stabile è chiamato la sua emivita. Le emivite possono variare da frazioni di secondo nel caso del polonio-215, a miliardi di anni nel caso dell'uranio-238.