Кіріспе

Физика саласы
атомның классикалық көзқарасы, ол атомдық физикаға дамыды

Атомдық физика – электрондар мен атом ядросының жекеленген жүйе ретінде атомдарды зерттейтін физика саласы. Атомдық физика көбінесе атом құрылымын және атомдар арасындағы өзара әрекеттесуді зерттейді. Ол негізінен электрондардың ядроның маңында қалай орналасқанымен және осы орналасудың қалай өзгеретінімен айналысады. Бұл иондарды, бейтарап атомдарды қамтиды және егер басқаша көрсетілмесе, «атом» термині иондарды да қамтиды деп есептелуі мүмкін. Стандартты ағылшын тілінде «атомдық» және «ядролық» сөздерінің мағынасы бірдей болғандықтан, атомдық физика термині ядролық энергия және ядролық қарумен байланысты болуы мүмкін. Физиктер атом физикасын – ядро мен электрондардан тұратын жүйе ретінде атомды зерттейтін сала, және ядролық реакциялар мен атом ядросының ерекше қасиеттерін зерттейтін ядролық физиканы ажыратады. Көптеген ғылыми салалардағыдай, нақты шекара салу қиын болуы мүмкін, сондықтан атом физикасы көбінесе атомдық, молекулалық және оптикалық физиканың кең контекстінде қарастырылады. Физика зерттеу топтары әдетте осылай классификацияланады.

Оқшауланған атомдар

Атомдық физика негізінен атомдарды оқшауланған күйде зерттейді. Атомдық модельдер бір ядродан тұрады, оның айналасында бір немесе бірнеше байланысқан электрон болуы мүмкін. Ол молекулалардың қалыптасуымен (дегенмен физиканың көп бөлігі ортақ), сондай-ақ қатты денедегі атомдарды конденсатталған материя ретінде қарастырумен айналыспайды. Ол фотондармен немесе атомдық бөлшектермен соқтығысу арқылы иондану және қозу сияқты процестерді зерттейді. Атомдарды оқшау күйде модельдеу шынайы көрінбесе де, егер газ немесе плазмадағы атомдарды қарастырсақ, атомдар арасындағы өзара әрекеттесу уақыты, әдетте қарастырылатын атомдық процестерге қарағанда әлдеқайда ұзақ болады. Бұл жеке атомдарды, олар оқшауланғандай қарауға мүмкіндік береді, себебі олардың көп бөлігі уақыттың басым бөлігінде осылай болады. Осыған байланысты, атомдық физика плазмалық физика мен атмосфералық физиканың негізгі теориялық базасын құрайды, тіпті екеуі де көптеген атомдармен айналысса да.

Электрондық конфигурация

Электрондар ядроның айналасында белгілі бір қабықшаларды құрайды. Олар әдетте негізгі күйде болады, бірақ жарықтан (фотоннан), магниттік өрістерден немесе басқа бөлшектермен (әдетте иондар немесе басқа электрондармен) соқтығысу арқылы энергияны сіңіру нәтижесінде қоздырылуы мүмкін. Қабықшадағы электрондар байланысқан күйде болады деп есептеледі. Электронды оның қабықшасынан алып тастау үшін (оны шексізке қарай жылжыту үшін) қажетті энергия байланысу энергиясы деп аталады. Электрон сіңірген энергияның мөлшері осы мәннен артық болса, энергия сақталу заңына сәйкес, ол кинетикалық энергияға айналады. Атом иондану процесіне ұшырайды. Егер электрон байланысу энергиясынан кем энергияны сіңірсе, ол қозған күйге көшеді. Біршама уақыт өткен соң, қозған күйдегі электрон төменгі күйге "секіреді" (көшіп өтеді). Бұл жағдайда, бейтарап атом энергия айырмашылығына тең фотонды шығарады, себебі энергия сақталады. Егер ішкі электрон байланысу энергиясынан көп энергияны сіңірсе (яғни атом иондалса), сыртқы электрон ішкі орбитальді толтыру үшін көшіп өтуі мүмкін. Мұндай жағдайда көрінетін фотон немесе сипаттамалық рентген сәулесі шығарылады, немесе Аугер эффектісі деп аталатын құбылыс орын алады, онда босатылған энергия басқа байланысқан электронға беріліп, оны континуумға түсіреді. Аугер эффектісі бір фотон арқылы атомды көп рет иондауға мүмкіндік береді. Жарық арқылы қоздыру нәтижесінде қол жеткізілетін электрондық конфигурациялар үшін қатаң іріктеу ережелері бар, бірақ соқтығысу процестері арқылы қоздыру үшін мұндай ережелер жоқ.