Av Chris Deziel, uppdaterad 24 mars 2022
kotoffei/iStock/GettyImages
Joner är elektriskt instabila och bildar snabbt kemiska bindningar. Atomer med obalanserade kärnor sänder ut strålning tills stabilitet uppnås.
En stabil atom har en neutral elektrisk laddning - dess protoner balanseras av samma antal elektroner - och en balanserad kärna där protoner och neutroner är i jämvikt. Även om sådana atomer inte är inerta beror deras förmåga att bilda kemiska föreningar på deras valenselektroner, de yttersta elektronerna som är tillgängliga för bindning.
Att få eller förlora en elektron omvandlar en atom till en jon. En vinst ger en katjon, en förlust ger en anjon. Denna process är central för de flesta kemiska reaktioner, där atomer delar elektroner för att uppnå ett yttre skal på åtta elektroner, den stabila "oktett"-konfigurationen. Till exempel, i vatten donerar väteatomer sin enda elektron och blir positivt laddade, medan syre accepterar två elektroner och blir negativt laddade. Den resulterande dipol-polära molekylen är mycket stabil.
Fria joner finns i lösningar, vilket gör lösningen till en elektrolyt som kan leda elektricitet. På grund av sin laddning har joner en högre benägenhet att kombinera än neutrala atomer, vilket påskyndar föreningsbildningen.
När en kärna har ett överskott av protoner eller neutroner söker den jämvikt genom att sända ut partiklar - en process som kallas radioaktivt sönderfall. Den höga bindningsenergin i kärnan betyder att emitterade partiklar – alfapartiklar (två protoner och två neutroner), beta-partiklar (elektroner eller positroner) och gammastrålar (högenergifotoner) – är mycket energiska.
Under sönderfallet resulterar förlusten av en neutron vanligtvis i en annan isotop av samma grundämne, medan om man förlorar en proton omvandlar atomen till ett helt annat grundämne. Kärnan fortsätter att sända ut strålning tills neutron-till-protonförhållandet stabiliseras. Den karakteristiska tiden för halva ett prov att sönderfalla kallas isotopens halveringstid, som sträcker sig från bråkdelar av en sekund (t.ex. Polonium-215) till miljarder år (t.ex. Uranium-238).
