I nuclei atomici sono costituiti da protoni e neutroni, che si attraggono l’un l’altro attraverso la forza nucleare, mentre i protoni si respingono l’un l’altro tramite la forza elettrica a causa della loro carica positiva. Queste due forze competono, portando ad alcune combinazioni di neutroni e protoni ad essere più stabili di altre. I neutroni stabilizzano il nucleo, perché attirano i protoni, il che aiuta a compensare la repulsione elettrica tra i protoni., Di conseguenza, all’aumentare del numero di protoni, è necessario un rapporto crescente tra neutroni e protoni per formare un nucleo stabile; se sono presenti troppi o troppo pochi neutroni rispetto al rapporto ottimale, il nucleo diventa instabile e soggetto a determinati tipi di decadimento nucleare. Isotopi instabili decadimento attraverso vari percorsi di decadimento radioattivo, più comunemente decadimento alfa, decadimento beta, o cattura di elettroni. Sono noti molti rari tipi di decadimento, come la fissione spontanea o il decadimento del cluster. (Vedi Decadimento radioattivo per i dettagli.,)
Emivita isotopica. La regione isotopica più scura e stabile si allontana dalla linea di protoni (Z) = neutroni (N), mentre il numero di elementi Z diventa più grande.
Dei primi 82 elementi della tavola periodica, 80 hanno isotopi considerati stabili. L’elemento 83rd, bismuth, era tradizionalmente considerato come avente l’isotopo stabile più pesante, bismuth-209, ma nel 2003 i ricercatori di Orsay, in Francia, hanno misurato l’emivita di 209
Bi
per essere 1,9×1019 anni., Tecnezio e promezio (numeri atomici 43 e 61, rispettivamente) e tutti gli elementi con un numero atomico superiore a 82 hanno solo isotopi che sono noti per decomporsi attraverso il decadimento radioattivo. Non ci si aspetta che gli elementi non scoperti siano stabili; pertanto, il piombo è considerato l’elemento stabile più pesante. Tuttavia, è possibile che alcuni isotopi che ora sono considerati stabili si rivelino decadenti con emivite estremamente lunghe (come con 209
Bi
). Questo elenco descrive ciò che è concordato dal consenso della comunità scientifica a partire dal 2019.,
Per ciascuno degli 80 elementi stabili, viene dato il numero degli isotopi stabili. Solo 90 isotopi dovrebbero essere perfettamente stabili, e un ulteriore 162 sono energeticamente instabili, ma non sono mai stati osservati a decadere. Pertanto, 252 isotopi (nuclidi) sono stabili per definizione (incluso tantalio-180m, per il quale non è stato ancora osservato alcun decadimento). Quelli che potrebbero in futuro essere trovati radioattivi dovrebbero avere emivita più lunga di 1022 anni (ad esempio, xenon-134).
Nell’aprile 2019 è stato annunciato che l’emivita di xenon-124 era stata misurata a 1,8 × 1022 anni., Questa è l’emivita più lunga misurata direttamente per qualsiasi isotopo instabile; solo l’emivita del tellurio-128 è più lunga.
Degli elementi chimici, solo un elemento (stagno) ha 10 isotopi stabili, cinque hanno sette isotopi, otto hanno sei isotopi, dieci hanno cinque isotopi, nove hanno quattro isotopi, cinque hanno tre isotopi stabili, 16 hanno due isotopi stabili e 26 hanno un singolo isotopo stabile.
Inoltre, circa 30 nuclidi degli elementi presenti in natura hanno isotopi instabili con un’emivita maggiore dell’età del Sistema solare (~109 anni o più)., Altri quattro nuclidi hanno emivita più lunga di 100 milioni di anni, che è molto inferiore all’età del sistema solare, ma abbastanza a lungo perché alcuni di loro siano sopravvissuti. Questi 34 nuclidi radioattivi presenti in natura comprendono i nuclidi primordiali radioattivi. Il numero totale di nuclidi primordiali è quindi 252 (i nuclidi stabili) più i 34 nuclidi primordiali radioattivi, per un totale di 286 nuclidi primordiali. Questo numero è soggetto a modifiche se vengono identificati nuovi primordiali di vita più breve sulla Terra.,
Uno dei nuclidi primordiali è tantalio-180m, che si prevede abbia un’emivita superiore a 1015 anni, ma non è mai stato osservato decadere. L’emivita ancora più lunga di 2,2 × 1024 anni di tellurio-128 è stata misurata con un metodo unico per rilevare la sua figlia radiogenica xenon-128 ed è la più lunga emivita sperimentalmente misurata. Un altro esempio notevole è l’unico isotopo naturale di bismuto, bismuto-209, che è stato previsto per essere instabile con un’emivita molto lunga, ma è stato osservato a decadere., A causa della loro lunga emivita, tali isotopi si trovano ancora sulla Terra in varie quantità, e insieme agli isotopi stabili sono chiamati isotopi primordiali. Tutti gli isotopi primordiali sono dati in ordine di abbondanza decrescente sulla Terra.. Per un elenco dei nuclidi primordiali in ordine di emivita, vedere Elenco dei nuclidi.
118 elementi chimici sono noti per esistere. Tutti gli elementi dell’elemento 94 si trovano in natura, e il resto degli elementi scoperti sono prodotti artificialmente, con isotopi tutti noti per essere altamente radioattivi con emivita relativamente brevi (vedi sotto)., Gli elementi in questo elenco sono ordinati in base alla durata del loro isotopo più stabile. Di questi, tre elementi (bismuto, torio e uranio) sono primordiali perché hanno emivita abbastanza a lungo per essere ancora trovato sulla Terra, mentre tutti gli altri sono prodotti da decadimento radioattivo o sono sintetizzati in laboratori e reattori nucleari. Solo 13 dei 38 elementi noti ma instabili hanno isotopi con un’emivita di almeno 100 anni., Ogni isotopo noto dei restanti 25 elementi è altamente radioattivo; questi sono utilizzati nella ricerca accademica e talvolta nell’industria e nella medicina. Alcuni degli elementi più pesanti della tavola periodica possono essere rivelati per avere isotopi ancora da scoprire con vite più lunghe di quelle elencate qui.
Circa 338 nuclidi si trovano naturalmente sulla Terra. Questi comprendono 252 isotopi stabili, e con l’aggiunta dei 34 radioisotopi longevi con emivita più lunga di 100 milioni di anni, un totale di 286 nuclidi primordiali, come notato sopra., I nuclidi trovati naturalmente comprendono non solo i 286 primordiali, ma includono anche circa 52 isotopi di breve durata (definiti da un’emivita inferiore a 100 milioni di anni, troppo breve per essere sopravvissuto dalla formazione della Terra) che sono figlie di isotopi primordiali (come il radio dall’uranio); oppure sono prodotti da processi naturali energetici, come il carbonio-14 ottenuto dall’azoto atmosferico mediante bombardamento da raggi cosmici.