Física atômica

Física atômica é o campo da física que estuda os átomos como um sistema isolado de elétrons e um núcleo atômico. A física atômica geralmente se refere ao estudo da estrutura atômica e da interação entre os átomos. Está principalmente preocupado com a maneira pela qual os elétrons estão dispostos ao redor do núcleo e os processos pelos quais esses arranjos mudam. Isso inclui íons, átomos neutros e, salvo indicação em contrário, pode-se assumir que o termo átomo inclui íons.

O termo física atômica pode ser associado a energia nuclear e armas nucleares, devido ao uso de sinônimos de atomic e nuclear no inglês padrão. Os físicos distinguem entre a física atômica - que trata do átomo como um sistema que consiste em um núcleo e elétrons - e a física nuclear, que estuda as reações nucleares e as propriedades especiais dos núcleos atômicos.

Assim como em muitos campos científicos, a delineação estrita pode ser altamente planejada e a física atômica é frequentemente considerada no contexto mais amplo da física atômica, molecular e óptica. Grupos de pesquisa em física geralmente são assim classificados.

Átomos isolados

A física atômica considera principalmente os átomos isoladamente. Os modelos atômicos consistirão em um único núcleo que pode ser cercado por um ou mais elétrons ligados. Não se preocupa com a formação de moléculas (embora grande parte da física seja idêntica), nem examina átomos em estado sólido como matéria condensada. Está preocupado com processos como ionização e excitação por fótons ou colisões com partículas atômicas.

Embora a modelagem de átomos isoladamente possa não parecer realista, se considerarmos átomos em um gás ou plasma, as escalas de tempo para interações átomo-átomo são enormes em comparação com os processos atômicos geralmente considerados. Isso significa que os átomos individuais podem ser tratados como se cada um estivesse isolado, como na grande maioria das vezes. Por essa consideração, a física atômica fornece a teoria subjacente à física de plasma e à física atmosférica, embora ambas lidem com números muito grandes de átomos.

Configuração eletrônica

Os elétrons formam camadas nocionais ao redor do núcleo. Estes estão normalmente no estado fundamental, mas podem ser excitados pela absorção de energia da luz (fótons), campos magnéticos ou interação com uma partícula em colisão (normalmente íons ou outros elétrons).

No modelo Bohr, a transição de um elétron com n=3 para a concha n=2 é mostrada, onde um fóton é emitido. Um elétron da concha (n=2) deve ter sido removido de antemão pela ionização

Diz-se que os elétrons que povoam uma camada estão em um estado ligado. A energia necessária para remover um elétron de sua camada (levando-o ao infinito) é chamada de energia de ligação. Qualquer quantidade de energia absorvida pelo elétron que exceda essa quantidade é convertida em energia cinética de acordo com a conservação de energia. Diz-se que o átomo passou pelo processo de ionização.

Se o elétron absorver uma quantidade de energia menor que a energia de ligação, ele será transferido para um estado excitado. Depois de um certo tempo, o elétron em estado excitado vai "pular" (passar por uma transição) para um estado inferior. Em um átomo neutro, o sistema emitirá um fóton da diferença de energia, pois a energia é conservada.

Se um elétron interno absorveu mais do que a energia de ligação (de modo que o átomo se ioniza), então um elétron mais externo pode passar por uma transição para preencher o orbital interno. Nesse caso, um fóton visível ou um raio-X característico é emitido, ou pode ocorrer um fenômeno conhecido como efeito Auger, onde a energia liberada é transferida para outro elétron ligado, fazendo com que ele entre no contínuo. O efeito Auger permite multiplicar ionizar um átomo com um único fóton.

Existem regras de seleção bastante estritas quanto às configurações eletrônicas que podem ser alcançadas por excitação por luz - no entanto, não existem tais regras para excitação por processos de colisão.

História e desenvolvimentos

Um dos primeiros passos em direção à física atômica foi o reconhecimento de que a matéria era composta de átomos. Ele faz parte dos textos escritos do século VI aC ao século II aC, como os de Demócrito ou Vaiśeṣika Sūtracódigo: san promovido a código: sa escrito por Kaṇādacódigo: san promovido a código: sa . Esta teoria foi posteriormente desenvolvida no sentido moderno da unidade básica de um elemento químico pelo químico e físico britânico John Dalton no século XVIII. Nesta fase, não estava claro o que eram os átomos, embora pudessem ser descritos e classificados por suas propriedades (em massa). A invenção do sistema periódico de elementos por Dmitri Mendeleev foi outro grande passo à frente.

O verdadeiro início da física atômica é marcado pela descoberta das linhas espectrais e tentativas de descrever o fenômeno, principalmente por Joseph von Fraunhofer. O estudo dessas linhas levou ao modelo atômico de Bohr e ao nascimento da mecânica quântica. Ao tentar explicar os espectros atômicos, um modelo matemático inteiramente novo da matéria foi revelado. No que diz respeito aos átomos e suas camadas eletrônicas, isso não apenas produziu uma descrição geral melhor, ou seja, o modelo orbital atômico, mas também forneceu uma nova base teórica para a química. (química quântica) e espectroscopia.

Desde a Segunda Guerra Mundial, tanto os campos teóricos quanto os experimentais avançaram em ritmo acelerado. Isso pode ser atribuído ao progresso na tecnologia de computação, que permitiu modelos maiores e mais sofisticados de estrutura atômica e processos de colisão associados. Avanços tecnológicos semelhantes em aceleradores, detectores, geração de campo magnético e lasers têm auxiliado muito o trabalho experimental.

Físicos atômicos importantes