Elemento mononuclidico

Un elemento mononuclidico (detto anche elemento monotopico o mononucleico)^[1] è uno dei 22 elementi chimici ritrovabile naturalmente sulla Terra essenzialmente come un singolo nuclide (stabile o meno). Questo singolo nuclide ha una caratteristica massa atomica, per cui l'abbondanza isotopica naturale dell'elemento è dominata o da un solo isotopo stabile oppure da uno con una lunga vita media. Alla prima tipologia appartengono 19 elementi (monoisotopici e mononuclidici), mentre 3 (bismuto, torio e protoattinio)^[2] rientrano nella seconda categoria (mononuclidici ma non monoisotopici, dato che hanno zero nuclidi stabili invece che uno).

In verde gli elementi mononuclidici e monoisotopici (19), in arancione e rosso quelli mononuclidici ma radioattivi

Dei 26 elementi monoisotopici che, per definizione, hanno un solo isotopo stabile, ne esistono 7 (26 - 19 = 7) che non sono considerati mononuclidici per la presenza di una frazione significativa di un radioisotopo primordiale (dalla lunga vita media). Questi elementi chimici sono vanadio, rubidio, indio, lantanio, europio, renio e lutezio.

Utilizzi nella metrologia

Gli elementi mononuclidici hanno un'importanza scientifica perché le loro masse atomiche si possono misurare con grande accuratezza, visto che si ha una minima incertezza associata all'abbondanza di altri isotopi presenti in un dato campione. In altre parole, per questi elementi la massa atomica standard e la massa atomica coincidono perfettamente.^[3]

In pratica, solo 11 dei 22 elementi mononuclidici sono usati nella metrologiaː Al, Bi, Cs, Co, Au, Mn, P, Sc, Na, Tb, Th.^[4]

Nella spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) i nuclei stabili più sensibili sono l'idrogeno-1 (¹H), il fluoro-19 (¹⁹F) e il fosforo-31 (³¹P). Il fluoro e il fosforo sono monoisotopici e l'idrogeno quasi monoisotopico.

Contaminazione con tracce di isotopi instabili

Concentrazioni in tracce di isotopi instabili di alcuni elementi mononuclidici si possono rinvenire in campioni naturali. Per esempio il berillio-10 (¹⁰Be), con un tempo di dimezzamento di 1,4 milioni di anni, è prodotto dai raggi cosmici negli strati superiori dell'atmosfera terrestre; lo iodio-129 (¹²⁹I), con un temo di emivita di 15,7 milioni di anni, è prodotto attraverso vari meccanismi nucleari di natura cosmologica; il cesio-137 (¹³⁷Cs), con un tempo di dimezzamento di 30 anni circa, è generato per fissione nucleare. Questi isotopi sono usati in diversi settori analitici e forensi.

Lista completa dei 22 elementi mononuclidici

La seguente tabella elenca i 22 elementi mononuclidici in accordo con i dati estratti da Atomic Weights and Isotopic Compositions (J.S. Coursey, D.J. Schwab, R.A. Dragoset, National Institute of Standards and Technology, 2005).

Elemento	Nuclide	Z (p)	N (n)	Massa isotopica (u)	Note
Berillio	9Be	4	5	9.012 182(3)
Fluoro	19F	9	10	18.998 403 2(5)
Sodio	23Na	11	12	22.989 770(2)
Alluminio	27Al	13	14	26.981 538(2)
Fosforo	31P	15	16	30.973 761(2)
Scandio	45Sc	21	24	44.955 910(8)
Manganese	55Mn	25	30	54.938 049(9)
Cobalto	59Co	27	32	58.933 200(9)
Arsenico	75As	33	42	74.921 60(2)
Ittrio	89Y	39	50	88.905 85(2)
Niobio	93Nb	41	52	92.906 38(2)
Rodio	103Rh	45	58	102.905 50(2)
Iodio	127I	53	74	126.904 47(3)
Cesio	133Cs	55	78	132.905 45(2)
Praseodimio	141Pr	59	82	140.907 65(2)
Terbio	159Tb	65	94	158.925 34(2)
Olmio	165Ho	67	98	164.930 32(2)
Tulio	169Tm	69	100	168.934 21(2)
Oro	197Au	79	118	196.966 55(2)
Bismuto	209Bi	83	126	208.980 38(2)	(radioattivo)
Torio	232Th	90	142	232.038 1(1)	(radioattivo)
Protoattinio	231Pa	91	140	231.035 88(2)	(radioattivo)