dezintegrare radioactivă
nucleele majorității atomilor de zi cu zi sunt stabile—adică nu se schimbă în timp. Această afirmație este oarecum înșelătoare, totuși, deoarece nucleele care nu sunt stabile, în general, nu durează mult și, prin urmare, tind să nu facă parte din experiența de zi cu zi. De fapt, majoritatea izotopilor cunoscuți ai nucleelor nu sunt stabili; în schimb, trec printr-un proces numit dezintegrare radioactivă, care schimbă adesea identitatea atomului original.
în dezintegrarea radioactivă, un nucleu va rămâne neschimbat pentru o perioadă imprevizibilă și apoi va emite o particulă sau un foton de mare viteză, după care un nucleu diferit va înlocui originalul. Fiecare izotop instabil se descompune la o rată diferită; adică fiecare are o probabilitate diferită de descompunere într-o anumită perioadă de timp (vezi constanta de descompunere). O colecție de nuclee instabile identice nu se descompun dintr-o dată. În schimb, la fel ca popcornul care apare într-o tigaie, acestea se vor descompune individual pe o perioadă de timp. Timpul necesar pentru ca jumătate din proba originală să se descompună se numește timpul de înjumătățire al izotopului. Timpul de înjumătățire al izotopilor cunoscuți variază de la microsecunde la miliarde de ani. Uraniul-238 (238U) are un timp de înjumătățire de aproximativ 4,5 miliarde de ani, ceea ce reprezintă aproximativ timpul care a trecut de la formarea sistemului solar. Astfel, Pământul are aproximativ jumătate din 238U pe care îl avea atunci când a fost format.
există trei tipuri diferite de dezintegrare radioactivă. La sfârșitul secolului al 19-lea, când radiațiile erau încă misterioase, aceste forme de descompunere erau notate alfa, beta și gamma. În dezintegrarea alfa, un nucleu ejectează doi protoni și doi neutroni, toți blocați împreună în ceea ce se numește o particulă alfa (descoperită ulterior a fi identică cu nucleul unui atom normal de heliu). Nucleul fiicei, sau descompus, va avea doi protoni mai puțini și doi neutroni mai puțini decât originalul și, prin urmare, va fi nucleul unui element chimic diferit. Odată ce electronii s-au rearanjat (și cei doi electroni în exces s-au rătăcit), atomul va fi, de fapt, și-a schimbat identitatea.
în dezintegrarea beta, unul dintre neutronii nucleului se transformă într-un proton, un electron cu mișcare rapidă și o particulă numită neutrino. Această emisie de electroni rapizi se numește radiație beta. Nucleul fiicei are un neutron mai puțin și un proton mai mult decât originalul și, prin urmare, este din nou un element chimic diferit.
în dezintegrarea gamma, un proton sau un neutron face un salt cuantic de la o orbită superioară la o orbită inferioară, emițând un foton de mare energie în acest proces. În acest caz, identitatea chimică a nucleului fiică este aceeași cu cea originală.
când un nucleu radioactiv se descompune, se întâmplă adesea ca și nucleul fiicei să fie radioactiv. Această fiică se va descompune la rândul ei, iar nucleul fiicei acelei dezintegrări poate fi și radioactiv. Astfel, o colecție de atomi identici poate, în timp, să fie transformată într-un amestec de mai multe tipuri de atomi din cauza dezintegrărilor succesive. Astfel de dezintegrări vor continua până când se vor produce nuclee fiice stabile. Acest proces, numit lanț de dezintegrare, funcționează peste tot în natură. De exemplu, uraniul-238 se descompune cu un timp de înjumătățire de 4.5 miliarde de ani în toriu-234, care se descompune în 24 de zile în protactiniu-234, care se descompune și el. Acest proces continuă până când ajunge la plumb-206, care este stabil (vezi uraniu-toriu-plumb datare). Elemente periculoase, cum ar fi radiul și radonul, sunt produse continuu în scoarța terestră ca pași intermediari în lanțurile de descompunere.