Az anyagoknak (akármelyiknek) miért radioaktív a legtöbb izotópjuk?

Nem minden atom és nem minden izotópja radioaktív. Akkor radioaktív egy atommag, ha instabil, azaz hajlamos felhasadni kisebb atommagokra. Ott van például az urán. Annak tényleg minden izotópja radioaktív, mert túl nagy az atommag, alig bír egyben maradni ezért könnyen hasad kisebb részecskékre.

A radioaktivitás fő okozója egyrészt a zsúfoltság, másrészt az, hogy az atommagot protonok és neutronok alkotják. A proton töltése pozitív, ezért taszítja a többi protont a magban. Ha ez a taszítás nagyon erős, akkor szétvetheti az atommagot. A neutronok semleges töltésűek, ezért a protonok pozitív töltését nem tudják ellensúlyozni, de leárnyékolni igen, legalábbis egy kissé. Ezért nem minden mag radioaktív, de a nagy tömegszámú elemek esetében (pl urán is ilyen) már tényleg minden izotóp radioaktív.

Bizonyos okoknál fogva ha összeteszünk adott számú protont, akkor kell ugyanannyi vagy több neutron is, hogy ne taszítsák szanaszét egymást.

Ha viszont túl sok a neutron, akkor meg "lötyög" a rendszer és könnyebben leugorhat egy közülük.

Így minden elemnek van egy legstabilabb izotópja. Ha ettől eltér a neutronok száma, kissé instabilabb a mag, és széteshet. Ettől radioaktív.

2-es: Ne haragudj, amiről te beszélsz az a radioaktív BOMLÁS. A hasadás teljesen más téma.

A kérdésre válaszolva: Az atommagban levő nukleonok között különböző kölcsönhatások vannak jelen. Az egyik legfontosabb az ún. erős kölcsönhatás, ami egy nagyon erős (a kölcsönhatásban részt vevő részecskék töltésétől független) vonzó kölcsönhatás. A hatótávolsága viszont nagyon-nagyon kicsi, nagyjából az atommag méretének tartományába esik, nagyobb atommagok esetén jóval kisebb is lehet annál.

Aztán ott van még a Coulomb-kölcsönhatás, ami a mi esetünkben (révén az atommagban nincsenek negatív töltésű részecskék) mindig taszító, sokkal-sokkal gyengébb, mint az erős kölcsönhatás a hatótávolsága viszont végtelen.

Középiskolás szinten ezt úgy szokták magyarázni, hogy ha túl sok a proton az atommagban, akkor a Coulomb-taszítás lesz a meghatározó és az "szétveti" az atommagot. Kellenek tehát neutronok is, amik mindegy "ragasztóként" az erős kölcsönhatás révén egyben tartják a magot.

Ebből a magyarázatból sajnos nem derül ki, hogy miért nincsenek csak neutronból álló atommagok, vagy miért nem stabil a 2 protonból álló atommag. De ennél pontosabbat és sem tudok, nem vagyok szakértője a témának. Az mindenesetre biztos, hogy a túl sok neutron is instabillá teszi valami miatt az atommagot. Ezen kívül a túl nagy méret is instabilitást okoz.

Összességében csak egy vékonyka rétege az összes lehetséges atommagnak az, ami stabil, és ehhez nagy vonalakban a protonok és neutronok megfelelő aránya, valamint egy bizonyos korlátnál kisebb méret (tömeg) szükséges. Van itt egy érdekes ábra.

[link]

Ezen a feketével jelöltek a stabil magok, amúgy meg felezési idő szerint van színezve. A neutrontöbbletesek (stabilaktól balra) ß- bomlók, a protontöbbletesek (stabilaktól jobbra) ß+ bomlók. Az alfa bomlás leginkább a nagy méretű (és tömegű) magok tulajdonsága.

Amúgy ez az ábra is érdekes:

[link]

A legnagyobb rendszámú elem, aminek van legalább 1 db stabil izotópja: az ólom.