Di Chris Deziel, aggiornato il 24 marzo 2022
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Gli ioni sono elettricamente instabili e formano rapidamente legami chimici. Gli atomi con nuclei sbilanciati emettono radiazioni finché non viene raggiunta la stabilità.
Un atomo stabile ha una carica elettrica neutra – i suoi protoni sono bilanciati dallo stesso numero di elettroni – e un nucleo bilanciato in cui protoni e neutroni sono in equilibrio. Sebbene tali atomi non siano inerti, la loro capacità di formare composti chimici dipende dai loro elettroni di valenza, gli elettroni più esterni disponibili per il legame.
Guadagnare o perdere un elettrone trasforma un atomo in uno ione. Un guadagno produce un catione, una perdita produce un anione. Questo processo è fondamentale per la maggior parte delle reazioni chimiche, in cui gli atomi condividono gli elettroni per ottenere un guscio esterno di otto elettroni, la configurazione stabile dell’”ottetto”. Ad esempio, nell’acqua, gli atomi di idrogeno cedono il loro singolo elettrone, caricandosi positivamente, mentre l’ossigeno accetta due elettroni, caricandosi negativamente. La molecola dipolo-polare risultante è altamente stabile.
Gli ioni liberi esistono nelle soluzioni, rendendo la soluzione un elettrolita in grado di condurre elettricità. A causa della loro carica, gli ioni hanno una maggiore propensione a combinarsi rispetto agli atomi neutri, accelerando la formazione dei composti.
Quando un nucleo ha un eccesso di protoni o neutroni, cerca l’equilibrio emettendo particelle, un processo noto come decadimento radioattivo. L'elevata energia di legame all'interno del nucleo fa sì che le particelle emesse (particelle alfa (due protoni e due neutroni), particelle beta (elettroni o positroni) e raggi gamma (fotoni ad alta energia) siano molto energetiche.
Durante il decadimento, la perdita di un neutrone si traduce tipicamente in un isotopo diverso dello stesso elemento, mentre la perdita di un protone trasforma l'atomo in un elemento completamente diverso. Il nucleo continua a emettere radiazioni finché il rapporto neutroni-protoni non si stabilizza. Il tempo caratteristico necessario per il decadimento di metà di un campione è chiamato emivita dell'isotopo, che varia da frazioni di secondo (ad esempio, polonio‑215) a miliardi di anni (ad esempio, uranio‑238).
