Radioattività ed equazioni nucleari

La regione più densa di un atomo è il nucleo, contenente protoni e neutroni detti collettivamente nucleoni. Il tipo di atomo definito da un numero specifico di protoni e neutroni è indicato come nuclide. La notazione per un nuclide comprende un simbolo dell'elemento, un numero atomico e un numero di massa.

Una delle numerose notazioni abbreviate per i nuclidi usa il nome dell'elemento, un trattino e il numero di massa. I nucleidi con lo stesso numero atomico ma diversi numeri di massa sono detti isotopi l'uno dell'altro. Pertanto, il carbonio qui mostra tre isotopi.

I nuclidi sono anche caratterizzati dal loro stato energetico. Per esempio, il singolo isotopo tecnezio-99 esiste in due diversi stati:lo stato di energia inferiore, e uno stato eccitato di lunga durata, detto stato metastabile. Queste due specie, anche se hanno lo stesso numero di protoni e neutroni, sono nuclidi differenti.

Si noti che alcuni elementi nella tavola periodica hanno nuclidi stabili, che rimangono intatti indefinitamente. Al contrario, alcuni elementi hanno solo nuclidi instabili, detti radionuclidi. Per esempio, la disintegrazione nucleare spontanea dell'uranio-238 produce torio-234.

Il processo è detto decadimento radioattivo. Il nuclide-figlia prodotto durante il decadimento può essere stabile o radioattivo. Il processo è accompagnato dall'emissione di piccoli frammenti o radiazioni elettromagnetiche.

Le particelle alfa sono equivalenti ai nuclei di elio. La loro emissione riduce il numero atomico di 2 e il numero di massa di 4. Le particelle beta sono equivalenti agli elettroni;quando emesso, il numero atomico del nuclide-figlia aumenta di 1.

Poiché portano una carica negativa, è detta radiazione beta-meno. L'emissione di un positrone, che ha la stessa massa di un elettrone ma carica opposta, diminuisce il numero atomico di 1. Questa viene spesso definita emissione beta-plus.

I raggi gamma sono radiazioni elettromagnetiche ad alta energia, la cui emissione non cambia né il numero atomico, né quello di massa. L'emissione di protoni riduce il numero di massa e il numero atomico di 1 ciascuno, mentre l'emissione di neutroni riduce il numero di massa di 1. Le equazioni nucleari mappano la differenza fra nuclidi-genitore e figlia, e indicano la natura del decadimento.

Il decadimento radioattivo dell'uranio-238 in torio-234 è accompagnato dall'emissione di particelle alfa. Le equazioni nucleari sono bilanciate proprio come le equazioni chimiche. La somma dei numeri di massa è la medesima su ambo i lati dell'equazione.

Poiché questo è il decadimento alfa, così è la somma dei numeri atomici.