Fizica atomică și fizica nucleară

Fizica atomică este domeniul fizicii care studiază atomii ca un sistem izolat format din electroni și un nucleu atomic. Este în primul rând preocupată de aranjarea electronilor în jurul nucleului și de procesele prin care aceste aranjamente se schimbă. Aceasta cuprinde ioni, și atomi neutri. Dacă nu se specifică altfel, se poate presupune că termenul atom include ionii.

Termenul fizică atomică poate fi asociat cu energia nucleară și cu armele nucleare, datorită utilizării sinonime a atomilor și a nucleelor. Fizicienii fac distincția între fizica atomică – care se ocupă de atom ca un sistem alcătuit dintr-un nucleu și electroni – și fizica nucleară, care ia în considerare numai nucleele atomice.

Ca și în multe domenii științifice, delimitarea strictă poate fi extrem de controversată, iar fizica atomică este adesea luată în considerare în contextul mai larg al fizicii atomice, moleculare și optice. Grupurile de cercetare în domeniul fizicii sunt de obicei clasificate astfel.

(O parte din diagrama ciclului CNO, pentru ilustrarea reacțiilor nucleare)

Fizica nucleară este domeniul fizicii care studiază nucleele atomice și constituenții și interacțiunile lor. Sunt studiate și alte forme de materii nucleare.

Descoperirile în fizica nucleară au dus la aplicații în multe domenii. Acestea includ energia nucleară, armele nucleare, medicina nucleară și imagistica prin rezonanță magnetică, izotopii industriali și agricoli, implantarea ionilor în ingineria materialelor și datarea cu radiocarbon din geologie și arheologie. Astfel de aplicații sunt studiate în domeniul ingineriei nucleare.

Fizica particulelor a evoluat din fizica nucleară, iar cele două domenii sunt de obicei predate în asociere strânsă. Astrofizica nucleară, aplicarea fizicii nucleare la astrofizică, este crucială în explicarea funcționării interioare a stelelor și a originii elementelor chimice.

(Structura atomului de heliu)

Un atom este cea mai mică unitate constitutivă a materiei obișnuite care are proprietățile unui element chimic. Fiecare solid, lichid, gaz și plasmă este compus din atomi neutri sau ionizați. Atomii sunt foarte mici; mărimile tipice sunt în jur de 100 de picometri (zece miliardimi de metru).

Atomii sunt suficient de mici încât încercarea de a prezice comportamentul lor folosind fizica clasică – ca și cum ar fi bile de biliard, de exemplu – să dea pronosticuri incorecte din cauza efectelor cuantice. Prin dezvoltarea fizicii, modelele atomice au încorporat principii cuantice pentru a explica și anticipa mai bine comportamentul.

Fiecare atom este compus dintr-un nucleu și unul sau mai mulți electroni legați de nucleu. Nucleul este format din unul sau mai mulți protoni și de obicei un număr similar de neutroni. Protonii și neutronii sunt numiți nucleoni. Mai mult de 99,94% din masa atomului se află în nucleu. Protonii au o încărcătură electrică pozitivă, electronii au o sarcină electrică negativă, iar neutronii nu au nicio sarcină electrică. Dacă numărul de protoni și electroni este egal, atomul este neutru din punct de vedere electric. Dacă un atom are mai mulți sau mai puțini electroni decât protonii, atunci are o încărcătură globală negativă sau pozitivă, respectiv, și se numește ion.

Electronii unui atom sunt atrași de protonii dintr-un nucleu atomic prin această forță electromagnetică. Protonii și neutronii din nucleu sunt atrași unul de altul printr-o forță diferită, forța nucleară, care este de obicei mai puternică decât forța electromagnetică acționând ca forță de respinge între protonii încărcați pozitiv. În anumite circumstanțe, forța electromagnetică respingătoare devine mai puternică decât forța nucleară, iar nucleonii pot fi eliminați din nucleu, lăsând în urmă un alt element: apare fenuomenul de dezintegrare nucleară care duce la transmutarea nucleară.

Numărul de protoni din nucleu definește la ce element chimic corespunde atomul: de exemplu, toți atomii de cupru conțin 29 de protoni. Numărul de neutroni definește izotopul elementului. Numărul de electroni influențează proprietățile magnetice ale unui atom. Atomii se pot atașa la unul sau mai mulți alți atomi prin legături chimice pentru a forma compuși chimici cum ar fi moleculele. Capacitatea atomilor de a asocia și de a disocia este responsabilă pentru majoritatea schimbărilor fizice observate în natură și este subiectul chimiei ca disciplină.

Acest text este disponibil sub licența Creative Commons cu atribuire și distribuire în condiții identice (CC BY-SA 3.0).