Osservando la tavola periodica è possibile notare che all’interno della casella dedicata ad ogni singolo elementi ci siano dei numeri. Essi descrivono alcune delle loro caratteristiche, come per esempio il punto di fusione e l’elettronegatività. Questi dipendono dalle particelle che compongono l’atomo, chiamate subatomiche: l’elettrone (e, con carica negativa), il protone (p, con carica positiva) e il neutrone (n, senza carica). L’insieme di questi ultimi due costituisce il nucleo dell’atomo.
Per definizione si indica come elemento una specie atomica che presenta lo stesso numero di elettroni e di protoni; questo valore prende il nome di numero atomico (Z). In caso contrario l’atomo presenta una carica netta e prende il nome di ione.
Il numero atomico permette di identificare la posizione dell’elemento nella tavola periodica.
Due atomi con lo stesso numero atomico, ma con diverso numero di neutroni nel nucleo, vengono chiamati isotopi. Per distinguerli si utilizza il numero di massa (A), che è la somma fra il numero di protoni e di neutroni che l’atomo possiede.
Un isotopo viene rappresentato nel seguente modo (dove X è il simbolo dell’elemento).
$$^A_ZX$$
Due isotopi hanno anche un diverso peso atomico, ovvero il peso in grammi dell’atomo. Esso coincide con quello del solo nucleo poiché il peso dell’elettrone (9,109 x 10-28g) è tale, rispetto a quello dei protoni (1,673 x 10-24g) e dei neutroni (1,675 x 10-24g), da poter non essere considerato. Il peso atomico di un elemento che si trova sulla tavola periodica corrisponde a quello dell’isotopo più stabile dell’elemento stesso, che generalmente è il più abbondante in natura. Per semplificazione esso viene semplicemente chiamato con il nome dell’elemento.
L’idrogeno (H) nella forma più presente in natura (99,9%) ha Z=1 e A=1, cioè soltanto un protone e un elettrone, e prende anche il nome (in disuso) di prozio. Esso possiede due isotopi principali: il deuterio (A=2), presente allo 0,015% e il trizio (A=3), presente in tracce.
I tre isotopi principali dell’idrogeno. Da sinistra a destra: prozio, deuterio e trizio. (Autore: Dirk Hünniger)
Alcuni isotopi sono instabili e tale instabilità è alla base di cambiamenti a livello subatomico che possono liberare energia, sotto forma di radiazioni. In questo modo possono anche decadere, ovvero raggiungere una forma più stabile (a minore energia) o addirittura trasformarsi in un altro elemento, spesso più leggero. Questi isotopi vengono definiti radioattivi. Questo passaggio da una forma meno stabile (“più radioattiva”) a una più stabile è misurabile e prende il nome di tempo di dimezzamento (o emivita): il tempo impiegato da un isotopo radioattivo affinché metà degli atomi presenti in un campione generico decadino in una forma più stabile (o in un altro elemento).
Un isotopo molto noto è il carbonio-14 (14C), il quale con un tempo di dimezzamento di circa 5700 anni, si trasforma in 14N. Viene utilizzato in archeologia per datare reperti di origine organica (contententi per l’appunto carbonio), come per esempio fibre tessili naturali o reperti fossili animali e vegetali.
Credits: Wikimedia commons Dirk Hünniger