Isotopo
Ogni elemento chimico ha un preciso numero di protoni nel nucleo di ogni suo atomo. Per esempio l'Idrogeno ne ha 1, il Ferro ne ha 26, il Piombo ne ha 82. Nel nucleo, oltre ai protoni, sono sempre presenti anche i neutroni con la sola eccezione dell'idrogeno che può anche non averne. Il numero di neutroni presenti non è sempre uguale negli atomi di uno stesso elemento: per esempio l'Idrogeno può non averne nessuno, o uno, o due. Il Ferro può averne da 28 a 34, il Piombo da 120 a 129. Gli atomi di uno stesso elemento ma con diverso numero di neutroni vengono detti isotopi (in inglese isotope, pronuncia aisotop). Gli isotopi vengono indicati con un numero in alto a sinistra del simbolo dell'elemento, Per esempio Fe è il simbolo del Ferro che, come abbiamo detto, è composto da una miscela di vari isotopi. Se scrivo 54Fe indico l'isotopo più leggero del Ferro che contiene 28 neutroni e 26 protoni (28 + 26 = 54).
Con l'eccezione dell'atomo di Idrogeno che cambia nome a seconda di quanti neutroni ci sono nel suo nucleo (Idrogeno se non ne ha; Deuterio se ne ha 1; Trizio se ne ha 2), tutti gli altri elementi mantengono lo stesso nome indipendentemente da quanti neutroni siano presenti nel nucleo. Quindi quando diciamo "Ferro" intendiamo un miscuglio di atomi che hanno lo steso numero di protoni (26) ma un numero variabile di neutroni: qualche atomo avrà 28 neutroni, qualcun altro 30 e così via. Per esempio il Ferro è presente in natura con 28, 30, 31 e 32 neutroni ma la quasi totalità degli atomi ne ha 30. Solo un atomo ogni circa 15 ne ha 28 e solo un atomo ogni circa 50 ne ha 31. Pochissimi poi (uno ogni 400) ne hanno 58. In natura non esistono atomi di Ferro con 29 o 33 o 34 neutroni. Questo non vuol dire che questi atomi non possano esistere. Infatti sono stati creati in laboratorio dagli scienziati mediante particolari macchine dette acceleratori di particelle. Gli isotopi realizzati in laboratorio che non esistono in natura si dicono artificiali. In genere questi isotopi non sono stabili ma tendono a trasformarsi spontaneamente in atomi stabili dopo un tempo che può essere brevissimo ma anche lunghissimo. Per esempio l'isotopo artificiale del Ferro con 33 neutroni in media si trasforma in 44 giorni in un altro elemento, il Cobalto un metallo non molto diverso dal Ferro ma che nel suo nucleo ha 27 protoni anziché 26. L'isotopo artificiale del Ferro con 34 neutroni è anch'esso instabile ma per trasformarsi in Cobalto ci mette, in media, 2 milioni di anni!
Importanza degli isotopi[modifica | modifica sorgente]
Fino a poco più di un secolo fa non si era ancora capita l'importanza degli isotopi: gli atomi degli elementi erano presenti con un numero variabile di neutroni ma la cosa sembrava non avere interesse pratico.
In seguito però il fatto che gli elementi chimici siano in realtà costituiti da un miscuglio di isotopi è stato utilizzato per vari scopi in moltissimi campi scientifici.
Un esempio è la datazione al Carbonio-14 (detta anche datazione al radiocarbonio) che permette di conoscere l'età di reperti antichi (mummie, scheletri, antiche piante, antichi documenti, ecc.). Esso sfrutta il fatto che una piccolissima parte degli atomi di Carbonio contiene 8 neutroni (Carbonio-14) mentre la quasi totalità degli atomi di Carbonio ne contiene 6 (Carbonio-12). Il Carbonio 14 è instabile e si trasforma in Azoto in media ogni 5570 anni. Il Carbonio è presente nell'aria sotto forma di anidride carbonica e in essa la quantità di Carbonio-14 è costante perché, man mano che alcuni atomi di Carbonio-14 si trasformano in Azoto, altri atomi di Carbonio-14 vengono creati dai raggi ultravioletti presenti nella luce solare. Le cellule degli esseri viventi (piante e animali di qualunque tipo compreso l'uomo) sono costituite in buona parte da Carbonio e anche all'interno di queste cellule, gli atomi di Carbonio-14 pian piano si trasformano in Azoto ma nessun nuovo atomo di Carbonio-14 viene creato (la creazione del Carbonio-14 avviene solo nell'atmosfera in alta quota ove sono intensi i raggi ultravioletti). Così, ogni 5570 anni la quantità di Carbonio-14 presente in un organismo si dimezza. Misurando la quantità di Carbonio-14 rimasta in un reperto si può calcolare l'età del reperto stesso (se si è dimezzata il reperto avrà 5570 anni).
Un altro esempio è la PET (Tomografia ad emissione di positroni), una tecnica medica utilizzata per scoprire la presenza di tumori.
Ma certamente l'esempio più importante è lo sfruttamento dell'energia nucleare.
