Di Eric Moll Aggiornato il 24 marzo 2022
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Gli elementi si differenziano in base al numero di protoni presenti nel loro nucleo. L'idrogeno, ad esempio, ha un protone nel nucleo, mentre l'oro ne ha 79. I protoni hanno una carica positiva e pesano un'unità di massa atomica. I nuclei di solito contengono anche neutroni, che pesano più o meno come i protoni ma non hanno carica.
Due atomi che contengono lo stesso numero di protoni ma diverso numero di neutroni sono isotopi dello stesso elemento. Le loro masse sono diverse, ma reagiscono chimicamente allo stesso modo.
Agli isotopi di solito non vengono dati nomi speciali, ad eccezione del deuterio e del trizio, che sono isotopi dell'idrogeno. Invece, gli isotopi vengono semplicemente etichettati in base al loro numero di massa atomica. Questo numero si riferisce alla massa del nucleo dell'elemento. Poiché protoni e neutroni hanno più o meno lo stesso peso, il numero di massa atomica è semplicemente la somma dei protoni e dei neutroni presenti nel nucleo. Tutto il carbonio ha sei protoni, ma diversi isotopi hanno un numero diverso di neutroni. Il carbonio-12 è il più comune, con sei neutroni, ma anche il carbonio-13 e il carbonio-14, rispettivamente con sette e otto neutroni, sono presenti in natura.
Le cariche positive e negative si attraggono. Affinché un atomo o una molecola siano stabili, devono avere una carica netta pari a zero, il che significa che le cariche positive e negative si annullano a vicenda. Il numero di protoni carichi positivamente nel nucleo determina il numero di elettroni carichi negativamente che orbitano attorno al nucleo. Le reazioni chimiche sono guidate dall’interazione tra le cariche positive e negative – i protoni e gli elettroni – di diversi atomi. Poiché i neutroni non sono positivi o negativi, non influenzano le reazioni chimiche. In altre parole, i diversi isotopi non si comportano in modo diverso durante le reazioni chimiche o quando formano composti. Si distinguono solo per il peso.
La tavola periodica elenca le masse atomiche di ciascun elemento. Di solito, questo numero è un decimale anziché un numero intero. Ciò non è dovuto al fatto che un singolo atomo di idrogeno pesa 1,0079 unità di massa atomica:neutroni e protoni pesano ciascuno un'unità di massa atomica, quindi ogni dato atomo ha un valore di massa intero. Il numero elencato nella tavola periodica è una media ponderata degli isotopi naturali di un elemento. Quasi tutto l'idrogeno ha un solo protone e nessun neutrone, ma una piccola percentuale di idrogeno ha uno o due neutroni ed è chiamata deuterio o trizio. Questi isotopi più pesanti inclinano leggermente il peso medio.
Alcune combinazioni di protoni e neutroni sono più o meno stabili di altre. In generale, la frequenza di un isotopo in natura è determinata dalla sua stabilità. Gli isotopi più stabili sono anche i più comuni. Alcuni isotopi sono instabili al punto da essere radioattivi, nel senso che decadono nel tempo in qualche altro elemento o isotopo e rilasciano radiazioni come sottoprodotto. Il carbonio-14 e il trizio, ad esempio, sono entrambi radioattivi. Alcuni isotopi estremamente radioattivi non esistono in natura perché decadono troppo rapidamente, ma altri, come il carbonio-14, decadono lentamente e si trovano naturalmente.
