u Chimica

La  prova sperimentale dell'esistenza di isotopi stabili in un elemento fu ottenuta in seguito alle esperienze di J. J. Thomson e di F. W. Aston sulla determinazione del rapporto carica-massa degli ioni positivi del neon, mediante lo studio della loro traiettoria sotto l'azione di campi elettrici e magnetici; venne così dimostrata l'esistenza di due tipi di ioni rispettivamente di numero di massa 20 e 22. Questi studi portarono alla conclusione che la maggior parte degli elementi detti “semplici” sono in realtà dei miscugli, in proporzioni definite e costanti, di più isotopi.

Quasi contemporaneamente le ricerche di Soddy e di Fajans sulle “famiglie radioattive” portarono alla scoperta di elementi non separabili mediante procedimenti chimici ma distinti sia per il loro periodo di disintegrazione radioattiva sia per la loro massa atomica. Gli studi ulteriori mostrarono che gli isotopi di un elemento sono atomi dotati di un numero uguale di elettroni, detto “numero atomico”, i cui nuclei comprendono quindi lo stesso numero di protoni; si distinguono tra loro solo per il numero di neutroni che compongono il nucleo e da ciò deriva la differenza di massa. I singoli isotopi di un elemento sono indicati con una scrittura in cui il simbolo chimico è preceduto dal numero di massa, per es.: Ή8O, Ή6O.

Gli isotopi hanno reso possibili numerose applicazioni; l'uso in chimica, in biochimica e in agricoltura di molecole “marcate” mediante isotopi, detti “traccianti”, distinguibili sia per il loro numero di massa sia per le loro proprietà radioattive, ha consentito di chiarire il meccanismo di numerosi processi. In fisica nucleare si osserva che gli isotopi di un elemento hanno spesso caratteri totalmente distinti; così ²³5U è un elemento fissile, ²³8U non lo è.

L'impiego sempre più diffuso degli isotopi, sia nella ricerca sia nelle varie applicazioni, ha portato allo studio di procedimenti che consentono di isolarli o di ottenere campioni arricchiti partendo dai miscugli che si trovano in natura. La preparazione di quantità ridotte di alcuni isotopi, in particolare degli isotopi radioattivi, si può realizzare per sintesi atomica irradiando, nei reattori nucleari, gli elementi stabili corrispondenti; la produzione di quantità ponderabili di un isotopo o di un campione di un elemento arricchito di uno dei suoi isotopi può essere realizzata secondo metodi diversi: tra i più usati sono quelli che sfruttano le piccole differenze delle proprietà chimiche (reazioni di scambio) o fisiche (centrifugazione, elettrolisi, diffusione, distillazione). Per la separazione di ²³5U è stato ampiamente usato il metodo della diffusione gassosa, che sfrutta la dipendenza dalla massa della velocità di diffusione attraverso una parete porosa di un composto volatile.

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