En atom kan anses vara instabil på ett av två sätt. Om den plockar upp eller förlorar en elektron, blir den elektriskt laddad och starkt reaktiv. Sådana elektriskt laddade atomer är kända som joner. Instabilitet kan också förekomma i kärnan när antalet protoner och neutroner är obalanserade. I ett försök att uppnå jämvikt avger atomen partiklar i form av strålning tills kärnan är stabil. Sådana instabila atomer sägs vara radioaktiva.

TL; DR (för länge, läste inte)

Joner är elektriskt instabila och är snabb att bilda kemiska bindningar. Atomer med instabila kärnor avger strålning tills kärnorna blir stabila.

Vad är en stabil atom?

För att bättre förstå instabila atomer, hjälper det att uppskatta vad som utgör stabilitet. I den välbekanta planetmodellen består en atom av en kärna av tunga positivt laddade partiklar, kallade protoner, och elektriskt neutrala som kallas neutroner. Omkullning av kärnan är ett moln av lättare, negativt laddade elektroner. Protoner och elektroner har lika och motsatta laddningar.

När atomen är stabil har den en nettoladdning på 0, vilket betyder att antalet protoner är lika med antalet elektroner. Kärnan är också balanserad, eftersom antalet protoner är lika med antalet neutroner. En sådan atom är inte inert. Det kan fortfarande kombinera med andra för att bilda kemiska föreningar, och dess benägenhet att göra det beror på antalet valenselektroner, eller de elektroner som kan delas med andra atomer.

När en atom blir en jon

När en atom förlorar eller får en elektron blir den jon. Om det får en elektron, är det en katjon, och om den förlorar en, är det en anjon. Detta händer oftast i kemiska reaktioner, där atomer delar elektroner för att bilda ett stabilt yttre skal av 8. Till exempel består vattenmolekylen av två väteatomer och en syreatom. Väteatomerna överger antingen sin enda elektron för att bli positivt laddade joner, medan syreatomen accepterar dem för att bli negativt laddad. Kombinationen bildar en mycket stabil, om något elektriskt polär molekyl.

Fritt joner kan existera i lösning eller i material som omfattas av ett elektriskt fält. När de finns i lösning blir lösningen en elektrolyt, som är en som kan leda elektricitet. På grund av sin elektriska laddning har joner större benägenhet att kombinera och bilda föreningar än elektriskt neutrala atomer.

Kärninstabilitet eller radioaktivitet

När en atomkärna har ett överskott av protoner eller neutroner, det slänger dem i ett försök att uppnå ett balanserat tillstånd. På grund av styrkan av kraften som håller kärnan ihop, är partiklarna som kommer från instabila kärnor, som kallas radionuklider, mycket energiska. Dessa kärnor kan avge alfastrålar som består av protoner och neutroner. beta strålar , som är negativt eller positivt laddade elektroner; och gammastrålar, som är energikronor.

När en radionuklid förlorar en neutron blir den en annan isotop av samma element, men när det förlorar en proton blir det helt annorlunda. Atomen fortsätter att avge radioaktiv strålning tills det uppnår ett stabilt antal protoner och neutroner. Den tid det tar för hälften av ett givet prov av en viss isotop att förfallna till en stabil form kallas dess halveringstid. Halveringstiden kan variera från fraktioner av en sekund i fallet Polonium-215, till miljarder år vid Uranium-238.