LA RADIOATTIVITÀ

Già abbiamo visto come da una scoperta occasionale del Becquerel e dai successivi studi dei coniugi Curie, alla ﬁne del secolo scorso, si sia giunti a scoprire il fenomeno della radioattività. Abbiamo pure visto quali particelle emetta un elemento radioattivo e quali ne siano le proprietà. Continuiamo ora il discorso sulla radioattività per accennare all’interpretazione dei fenomeno.

Sin dai primi tempi in cui si cominciò a studiare la radioattività, si era constatato che dal radio e dagli altri elementi radioattivi emana un gas; nel caso del radio esso fu chiamato “Emanazione radio” (o “Emanio”). Se si pone in un recipiente una certa quantità di Emanio si osserva che in circa quattro giorni essa diminuisce della metà, mentre l’indagine spettroscopica mostra evidentemente che nel recipiente sono presenti nuclei di Elio. Quando questi fatti furono scoperti era già noto che le particelle alfa altro non sono che nuclei di Elio. Rutherford e Soddy interpretarono il fenomeno della presenza dell’Emanio prima, e della sua progressiva sparizione e concomitante formazione di nuclei di Elio, poi, ammettendo che gli atomi delle sostanze radioattive si trovano in continua trasformazione, nel senso che a causa dell’emissione di particelle alfa o beta si trasformano in atomi di altri elementi. È questa sostanzialmente la spiega-zione del fenomeno della radioattività.

Ernest Rutherford, Primo Barone Rutherford di Nelson (vedi scheda)

Che cosa è l’Emanio?

Abbiamo detto che in circa quattro giorni una certa quantità di Emanazione Radio si riduce alla metà. Il tempo che impiega un elemento radioattivo a dimezzarsi di quantità si chiama “periodo di semitrasformazione”.
Esso quindi per l’Emanio è di circa quattro giorni: fu perciò possibile constatare la sua sparizione; per altri elementi, invece, il periodo di semitrasformazione è lunghissimo: per il Radio esso è di circa 1600 anni. Ciò spiega come mai prima della scoperta dell’Emanio si pensasse che il fenomeno della radioattività non provocasse alcun mutamento nè qualitativo nè quantitativo nella sostanza che lo presenta.

Ora che abbiamo enunciato il principio generale di Rutherford e Soddy su cui si basa l’interpretazione del fenomeno della radioattività. vediamo di approfondirla ulteriormente partendo dall’Uranio, un elemento radioattivo ben noto a causa del suo uso nella bomba atomica.

Si abbia dunque dell‘Uranio di peso atomico 238; esso emette particelle alfa. In questo processo ogni suo atomo si trasforma in un atomo di un altro, elemento perchè la particella alfa da esso emessa, che abbiamo detto essere null’altro che un nucleo di Elio, diminuisce il numero atomico di quattro, tale essendo il numero di cariche positive unitarie della particella alfa emessa. Dall’Uranio di peso atomico 238 o brevemente U-238 si ha quindi U-234. Bisogna subito rilevare che se gli studi sulla radioattività si fossero dovuti condurre solo sulla conoscenza dell’U-238 l’interpretazione del fenomeno sarebbe stata ben difficile perchè il periodo di semitrasformazione di questo elemento è lunghissimo (500 milioni di anni). È quindi logico che sarebbe stato impossibile costatare la diminuzione di U-238 e la comparsa in sua vece dell’U-234, date le quantità minime di materia in gioco.

Marie Curie (vedi scheda)

La famiglia dell’uranio

Si hanno tre tipi di Uranio 234 perchè un atomo di U-234, originatosi come ora abbiamo visto da uno di U-238, emette una particella beta; queste particelle, non sono che elettroni ed hanno una massa atomica trascurabile (circa ottomila volte più piccola della massa delle alfa) e perciò non fanno variare il peso atomico dell’elemento che le emette;: ma ne variano le caratteristiche chimico-fisiche dato che esse hanno anche una carica che è unitaria elettronegativa.
Tutti e tre gli atomi di U-234 hanno perciò lo stesso peso atomico, ma caratteristiche diverse dovute alle cariche dei nuclei: essi si dicono isobari (cioè di egual peso) l’uno dell’altro.
Dall’ultimo U-234 per espulsione di un’alfa si ha l’U-230 e da questo per emissione di una particella beta lo Ionio, che emettendo una alfa si trasforma in Radio. Abbiamo visto che da questo si ottiene per emissione di particelle alfa, l’Emanazione Radio, e ne abbiamo visto l’importanza nell’interpretazione della radioattività.
Il meccanismo di emissioni alfa o beta per cui dall’U-238 si è giunti all’Emanio continua ancora sinché si giunge attraverso una serie di elementi tutti radioattivi ad un elemento che non emette particelle, cioè non radioattivo: è il Radiopiombo.
Quella che qui abbiamo ricordato costituisce la famiglia o serie dell’Uranio. Infatti il meccanismo stesso del fenomeno della radioattività per cui gli atomi di un elemento radioattivo sono in continua trasformazione, porta a considerare non il singolo elemento come sarebbe per esempio il Radio, ma tutta la serie di elementi da cui il Radio deriva e che da essi derivano, dall’U-238 al Radiopiombo. Esistono altre due famiglie radioattive, quelle dell’Attinio e del Torio che terminano anch’esse con un elemento non radioattivo, detto rispettivamente Attinio-piombo 207 e Toriopiombo 208. Come si vede il loro peso atomico è assai simile. Le loro proprietà chimiche e fisiche risultano inoltre uguali a quelle del comune piombo di peso atomico 207 in cifra tonda. Si può quindi ben dire che tutte e tre le serie radioattive terminano con un elemento isotopo del Piombo.