Domande e risposte
Una specie atomica è definita da due numeri interi: il numero di protoni nel nucleo (detto Z, o numero atomico) e il numero totale di protoni più neutroni (detto Z, o numero di massa).
Gli isotopi sono gli atomi di un elemento che hanno lo stesso numero atomico ma una massa atomica diversa; cioè, lo stesso numero di protoni e quindi identiche proprietà chimiche, ma diverso numero di neutroni e quindi diverse proprietà fisiche. Gli isotopi possono essere stabili o instabili o radioisotopi. In questi ultimi, i loro nuclei hanno una proprietà speciale: emettono energia sotto forma di radiazioni ionizzanti mentre cercano una configurazione più stabile.
Gli isotopi sono gli atomi di un elemento che hanno lo stesso numero atomico ma una massa atomica diversa
Numero atomico (Z) e numero di massa (A)
Il numero atomico definisce l’elemento chimico cui appartiene l’atomo. Così, indipendentemente dal numero di neutroni che hanno, tutti gli atomi i cui nuclei hanno un protone sono atomi di idrogeno. Tutti quelli con otto protoni sono atomi di ossigeno, eccetera.
Il numero di massa è il numero intero che più si avvicina alla massa (espressa in unità di massa atomica) dell’atomo in questione. Così, tutti gli atomi con A = 2 hanno una massa di circa 2 unità di massa; gli atomi con A = 235 hanno una massa di circa 235 unità di massa atomica.
Annotazione: AZX (dove X è l’elemento dell’atomo)
Isotopi
Gli isotopi (dal greco isos = stesso e tópos = luogo) sono atomi di uno stesso elemento, i cui nuclei hanno un numero diverso di neutroni e, quindi, differiscono in massa. Cioè, hanno lo stesso numero atomico (Z) ma diversi numeri di massa (A).
Per esempio, il carbonio si presenta in natura come una miscela di tre isotopi con numeri di massa 12, 13 e 14: 12C, 13C e 14C. Le quantità globali di carbonio in ciascuno sono rispettivamente 98,99%, 1,11% e tracce.
La maggior parte degli elementi chimici possiede più di un isotopo, come nel caso dello stagno, l’elemento con il maggior numero di isotopi stabili. Solo 21 elementi, come il berillio e il sodio, hanno un solo isotopo naturale.
Tipi di isotopi:
- Naturali: Quelli che si trovano naturalmente in natura. Esempi: l’idrogeno ha tre isotopi naturali (protio, che non ha neutroni, deuterio, con un neutrone, e trizio, con due). Un altro elemento che contiene isotopi molto importanti è il carbonio, che comprende il carbonio 12, la base di riferimento della massa atomica in qualsiasi elemento; il carbonio 13, l’unico carbonio con proprietà magnetiche, e il carbonio 14 radioattivo, molto importante poiché la sua vita media è di 5.730 anni ed è ampiamente utilizzato in archeologia per determinare l’età dei fossili organici.
- Artificiali: Questi isotopi, prodotti nei laboratori nucleari mediante bombardamento di particelle subatomiche, hanno di solito una vita breve, soprattutto a causa della loro natura instabile e della radioattività. Esempi: l’iridio 192, usato per verificare che la saldatura dei tubi sia ermetica, soprattutto per quanto riguarda i tubi di trasporto del greggio pesante e dei combustibili. Alcuni isotopi dell’uranio sono anche usati per lavori nucleari come la generazione elettrica.
Gli isotopi sono anche suddivisi in isotopi stabili (ce ne sono meno di 300) e isotopi instabili o radioattivi (ce ne sono circa 1.200). Il concetto di stabilità non è esatto, poiché esistono isotopi quasi stabili. Cioè, per un certo tempo sono instabili e diventano stabili o si trasformano in altri isotopi stabili.
La maggior parte degli elementi chimici possiede più di un isotopo, come nel caso dello stagno, l’elemento con il maggior numero di isotopi stabili
Radioisotopo (conosciuto anche come radisotopo)
Sono isotopi radioattivi, poiché hanno un nucleo atomico instabile (a causa dell’equilibrio tra neutroni e protoni) ed emettono energia e particelle quando passa ad una forma più stabile. L’energia liberata nel cambiamento di forma può essere misurata con un contatore Geiger o con una pellicola fotografica.
Ogni radioisotopo ha un caratteristico periodo di disintegrazione o semi-vita. L’energia può essere liberata principalmente sotto forma di raggi alfa (nuclei di elio), beta, (elettroni o positroni), o gamma (energia elettromagnetica).
Alcuni isotopi radioattivi instabili e artificiali hanno usi medici. Per esempio, un isotopo del tecnezio (99mTc) può essere usato per identificare i vasi sanguigni bloccati. Vari isotopi radioattivi naturali sono usati per determinare le cronologie, come il tipo archeologico (14C).
Applicazioni dei radioisotopi
- Medicina: Diagnosi e trattamento di malattie, sterilizzazione di prodotti usati frequentemente in ambienti clinici e chirurgici, ecc.
- Industria e tecnologia: revisione di materiali e saldatura nelle costruzioni, controllo dei processi produttivi, ricerca, ecc.
- Agricoltura: Controllo della peste, conservazione degli alimenti, ecc.
- Arte: restauro di oggetti d’arte, verifica di oggetti storici o artistici, ecc.
- Archeologia: Datazione di eventi geologici, ecc.
- Ricerca: Universo, industria, medicina, ecc.
- Farmacologia: Lo studio del metabolismo dei farmaci prima che siano autorizzati per l’uso pubblico.