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Mappa delle scienze
Struttura atomica e quantistica
Queste pagine collegano idee spesso studiate separatamente. Segui i link nell’ordine che incuriosisce di più: l’obiettivo è vedere come struttura atomica, proprietà misurabili e leggi fisiche si spiegano a vicenda.
La tavola periodica, fatta per esplorare .
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Dimensioni e composizione
Il nucleo atomico contiene protoni e neutroni, quasi tutta la massa dell’atomo, ed è confinato in una regione enormemente più piccola della nube elettronica. La sua stabilità nasce dall’equilibrio tra interazione nucleare forte, repulsione elettrica tra protoni e struttura quantistica dei nucleoni.
Un nucleo ha dimensioni dell’ordine dei femtometri, mentre l’atomo è dell’ordine degli ångström. Il numero di protoni Z definisce l’elemento; il numero di neutroni N può variare tra isotopi. Il numero di massa è A = Z + N.
La forza elettrica tende a separare i protoni, ma a distanze nucleari l’interazione forte attrattiva tra nucleoni può dominarla. Questa forza è intensa ma a corto raggio, perciò la stabilità non aumenta indefinitamente con il numero di nucleoni.
Nuclei con lo stesso Z ma diverso N sono isotopi. Alcuni sono stabili, altri decadono spontaneamente. Nei nuclei leggeri è spesso favorevole un rapporto N/Z vicino a 1; nei nuclei pesanti servono relativamente più neutroni per compensare l’aumento della repulsione tra protoni.
Il nucleo non è una pallina uniforme. Modelli come quello a goccia descrivono proprietà collettive e aiutano a capire fissione ed energia di legame; il modello a shell mette invece in evidenza livelli quantizzati e numeri “magici” di protoni o neutroni particolarmente stabili.