Sa paggalugad sa malawak na mundo ng kimika, isang kamangha-manghang lugar ng pag-aaral ay ang katatagan ng isotopes at mga elemento. Ang konseptong ito ay malapit na nakatali sa phenomenon ng radioactivity. Ang araling ito ay susuriin kung ano ang nagpapatatag ng isotope o elemento, ang mga uri ng radioactive decay na maaari nilang maranasan kung sila ay hindi matatag, at ang mga salik na nakakaapekto sa kanilang katatagan.
Ang isotope ay isang variation ng isang elemento na may parehong bilang ng mga proton ngunit ibang bilang ng mga neutron sa nucleus nito. Ang pagkakaiba sa bilang ng neutron ay maaaring makabuluhang makaapekto sa katatagan ng isotope. Ang mga isotopes ng isang elemento ay nagbabahagi ng mga kemikal na katangian ngunit may iba't ibang pisikal na katangian dahil sa pagkakaiba sa masa.
Ang katatagan ng isotope o elemento ay tumutukoy sa kakayahang manatili sa kasalukuyang anyo nito nang hindi dumaranas ng radioactive decay. Ang radioactive decay ay isang kusang proseso kung saan ang hindi matatag na atomic nucleus ay nawawalan ng enerhiya sa pamamagitan ng paglabas ng radiation.
Mayroong ilang mga uri ng radioactive decay, kabilang ang alpha decay, beta decay, gamma decay, at positron emission. Ang bawat uri ay nagsasangkot ng paglabas ng iba't ibang mga particle o enerhiya mula sa nucleus.
Ang katatagan ng isotopes ay naiimpluwensyahan ng ilang mga pangunahing salik:
Ang Band of Stability ay graphic na kumakatawan sa neutron-to-proton ratio ng stable isotopes versus atomic number, na nagpapakita ng trend na sinusunod ng stable isotopes.
Ang modelo ng nuclear shell, na inspirasyon ng electronic shell model ng mga atom, ay nagpapaliwanag kung bakit ang mga nuclei na may ilang bilang ng mga nucleon (proton o neutron) ay nagpapakita ng pinahusay na katatagan. Ang mga numerong ito ay kilala bilang "magic number" at may kasamang 2, 8, 20, 28, 50, 82, at 126. Ang nuclei na mayroong isa sa mga mahiwagang numerong ito ng mga proton o neutron ay napag-alamang stable.
Ang radioactivity ay gumaganap ng isang kritikal na papel sa iba't ibang mga natural na proseso. Ito ay isang pangunahing mekanismo sa paggawa ng init sa loob ng core ng Earth, nag-aambag sa mga phenomena ng auroras, at isang pangunahing proseso sa stellar nucleosynthesis—kung saan ang mga elemento ay nabuo sa loob ng mga bituin sa pamamagitan ng mga proseso ng pagsasanib at pagkabulok.
Ang pag-unawa sa katatagan ng mga isotopes at elemento, at ang mga masalimuot ng radioactive decay, ay nagbibigay ng pananaw sa parehong mikroskopiko na mundo ng mga atomic na particle at ang mga prosesong macroscopic na humuhubog sa uniberso. Sa pamamagitan ng pagpapahalaga sa maselang balanse ng mga puwersa at mga numero sa loob ng isang atomic nucleus, ang isa ay maaaring magsimulang maunawaan ang pagiging kumplikado at kagandahan na likas sa pag-aaral ng kimika at pisika.
