isòtopo
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Lessico
sm. [sec. XX; da iso-+greco tópos, luogo, perché occupano lo stesso posto nella scala di Mendeleev]. Nome indicante atomi che hanno lo stesso numero atomico, ossia appartengono a un medesimo elemento chimico, ma differiscono tra loro per il numero di massa, e cioè per il diverso peso atomico. Possono essere stabili o instabili, naturali o prodotti artificialmente.
Fisica
Gli atomi di due isotopi hanno lo stesso numero di elettroni periferici, cioè hanno uguale numero atomico Z, e la medesima carica positiva del nucleo atomico, mentre differiscono per il numero di neutroni che è contenuto nel nucleo stesso. Il numero di massa A di un isotopo è la somma del numero dei protoni e del numero dei neutroni che ne costituiscono il nucleo. Le proprietà fisiche e quelle chimiche di un atomo, ossia la sua capacità a formare i diversi composti, sono definite dal suo numero atomico, e per questa ragione gli isotopi di un elemento non possono essere tra loro differenziati e separati in base alle comuni proprietà fisico-chimiche, ossia si ascrivono allo stesso elemento (il nome significa, appunto, che gli isotopi di un elemento sono tutti compresi nella stessa casella del sistema periodico degli elementi). Data la strettissima analogia delle proprietà degli isotopi di un elemento, il fatto che la maggior parte degli elementi, come si rinvengono in natura, fosse costituita non da atomi tra loro identici, come si era immaginato fino dagli inizi della teoria atomica, ma da una miscela di due o più specie di atomi isotopi, rimase inosservato fino a un'epoca relativamente recente e cioè agli anni intorno al 1920, quando furono introdotti i primi spettrometri di massa. Esaminando allo spettrometro di massa i diversi elementi naturali si è scoperto quindi che molti di essi sono costituiti da miscele di atomi isotopi, come per esempio il cloro, che è costituito per il 75,35% dall'isotopo di numero di massa 35 e per il 24,47% dall'isotopo di numero di massa 37; il peso atomico di 35,45 che solitamente si assegna a questo elemento è quindi la media dei pesi atomici dei due isotopi, ponderata per il loro rapporto quantitativo. Altri elementi sono costituiti in natura dalla miscela di un numero maggiore di isotopo; nello stagno, per esempio, si sono individuati ben 11 diversi isotopi; sono noti anche elementi costituiti da un solo isotopo, come, per esempio, il fluoro e lo iodio. I diversi isotopi di un elemento si indicano tutti con il simbolo dell'elemento preceduto da un indice che rappresenta il numero di massa, oppure con il nome dell'elemento per intero, seguito dall'indicazione del numero di massa stesso, ossia con notazioni come 35Cl, oppure cloro-35. Gli unici isotopi che si indicano con uno specifico nome, e spesso anche con uno specifico simbolo, sono quelli dell'idrogeno (prozio, deuterio e trizio). Mentre i vari isotopi di un elemento differiscono in misura trascurabile nelle loro proprietà fisiche e chimiche, può essere sostanzialmente diversa la stabilità del loro nucleo atomico: mentre infatti il nucleo dell'atomo di alcuni isotopi di un elemento è stabile, quello di altri isotopi dello stesso elemento è instabile e si disgrega più o meno velocemente, ossia l'isotopo risulta più o meno intensamente radioattivo. Così, il carbonio in natura è costituito principalmente dall'isotopo 12C accompagnato da piccole quantità dell'isotopo 13C, e da minime quantità dell'isotopo 14C. Mentre i nuclei degli isotopi di numero di massa 12 e 13 non sono radioattivi, quello del carbonio-14 è instabile: tale isotopo è radioattivo. Con la costruzione dei reattori nucleari, i quali offrono la possibilità di realizzare intensi processi di bombardamento nucleare con neutroni, è divenuto possibile produrre molti isotopi radioattivi o radioisotopi di quasi tutti gli elementi.
Medicina
L'uso degli isotopi radioattivi ha due importanti impieghi, uno terapeutico (vedi radioterapia) e l'altro diagnostico, quest'ultimo fondato sulla proprietà che hanno questi composti di funzionare come “traccianti”, di essere in grado cioè di seguire le tappe metaboliche delle varie molecole nelle quali essi vengono incorporati concentrandosi in determinate strutture dall'esame delle quali è possibile rilevarne la presenza. Grazie al fatto che la materia vivente non distingue tra elementi naturali e isotopi è possibile ottenere delle molecole “marcate”, che si comportano esattamente come quelle “non marcate”. Le radiazioni emesse dagli isotopi vengono captate ed elaborate per ottenere informazioni sia sul funzionamento di alcuni organi (per esempio incorporazione dello iodio radioattivo come parametro della funzionalità tiroidea o della presenza di metastasi funzionanti), sia sulla loro morfologia (scintigrafia arteriosa, renale, ecc.). Con i traccianti è inoltre possibile anche studiare il metabolismo e il meccanismo d'azione dei farmaci nell'organismo (scambi tra sangue e tessuti, eliminazione renale, penetrazione nel circolo cerebrale). (V. anche radioattività e separazione degli isotopi).