Respuestas
Materiales de Estudio
Los átomos que constituyen el 98% de todas las cosas en el universo son, en su mayoría, espacios vacíos.
Por tanto, al considerar que todo (desde estrellas y planetas hasta plantas y humanos) se compone de estos bloques fundamentales, cabe la pregunta: ¿por qué no caemos a través del suelo?
Aunque, a mi parecer, si consideramos que es conocimiento común asumir la veracidad detrás de dicho fenómeno, una formulación mejor a tal cuestionamiento sería: ¿qué es lo que evita que atravesemos el suelo?
En consecuencia, para ofrecer una contestación concreta, hemos de emplear el uso de nuestra vieja y confiable amiga: la Física.
En el colegio se nos enseña que existen tres partículas subatómicas: el protón con su carga positiva, el neutrón con su carga neutral y el electrón con su carga negativa.
Las cuales se encargan de formar al átomo en un esquema similar al siguiente:
Donde los protones y neutrones comprenden el núcleo atómico, mientras que los electrones orbitan dicho núcleo.
Si bien esta es una imagen que puede ayudar a una persona a entender tempranamente la composición del átomo, es un tantico engañosa, pues omite ciertos factores importantes.
El más relevante para esta respuesta siendo el hecho de que se imagine al electrón como en una orbita similar a la de la Tierra alrededor del Sol. A pesar de que este no es el caso.
Impresión artística de un átomo.
Pensemos, entonces, en los electrones a manera de ondas que forman “nubes de si mismos” en torno al núcleo. El “borde exterior” de tales nubes es cerca de mil millones de millones de veces más grande que el diámetro del núcleo.
Esto deriva en las “cargas negativas” potentes que poseen todos los electrones y la razón de su interacción con los electrones de otros átomos al encontrarse. Pues son ellos quienes están en el “borde” atómico y no las otras partículas.
Un factor indispensable, como veremos a continuación.
Impresión artística de un electrón que viaja entre dos láseres.
Ahora, bien, si todo cuanto existe está fabricado por medio de átomos y dichos átomos se integran a través de partículas más pequeñas (donde se incluyen los electrones), es lógico asumir que: todo cuanto existe se integra por medio de electrones.
Y, efectivamente, así es.
Por consiguiente, los electrones presentes en las cosas interactúan entre sí constantemente. Pero generalmente estos se repelen, en un fenómeno que conocemos como la fuerza electrostática.
Impresión artística de la fuerza electrostática entre dos átomos.
Se entiende por fuerza electrostática al suceso mediante el cual:
Cargas iguales se repelen y cargas distintas se atraen.
Ya que, como sabemos, los electrones poseen cargas negativas y, al encontrarse con partículas de carga igual, les resulta imposible atraerse entre sí.
De tal forma, no caemos por el suelo debido a la carga eléctrica negativa en los electrones que configuran los átomos en nuestro cuerpo; en vista que estos son repelidos por los electrones de los átomos en el suelo.
Fotografía de una mujer que cae en el aparente vacío.
Aunque, este hecho da cabida a otras interrogantes relevantes:
En primera instancia: ¿qué hay de los protones y neutrones? ¿Acaso estos no provocan un balance durante una interacción atómica.
La respuesta simple es decir que no.
En el caso de los protones, si bien poseen carga positivas y se repelen al interactuar con otros protones, estos se encuentran encapsulados en el núcleo atómico, evitando que sean capaces de experimentar la fuerza electrostática.
Por su parte, los neutrones, además de estar confinados al núcleo atómico, no tienen carga alguna y es por ello que no se ven afectados por este tipo de fuerza.
Solo los electrones, situados en la periferia del átomo y con sus cargas negativas, son los que evitan que la materia cruce por la materia cuando está en su forma sólida.
Representación figurativa de un átomo de helio-4, mostrando de cerca el núcleo y la nube de electrones en color gris.
Seguidamente, se manifiesta la segunda duda: ¿qué es lo que determina el balance entre electrones necesario para que estos no se repelan entre sí en un átomo?
Siendo aquí donde entra el principio de exclusión de Pauli.
Este principio se aplica en el campo de la química y la física atómica al sistema cuántico del átomo de Schrödinger, donde a los electrones se les denomina fermiones. Donde se establece que:
no puede haber dos fermiones con todos sus números cuánticos idénticos (esto es, en el mismo estado cuántico) dentro del mismo sistema cuántico.
Es decir que dos electrones no pueden presentar las mismas características dentro de un mismo átomo, poseyendo diferencias sutiles que facilitan su interacción.
Representación gráfica del principio de exclusión de Pauli.
En virtud de lo anteriormente mencionado y como respuesta final a la pregunta inicial, podemos concluir que:
la fuerza electrostática nos ayuda a entender porqué los electrones de distintos átomos se repelen entre sí, al tiempo en que el principio de exclusión de Pauli nos explica porqué los electrones no se repelen entre sí en un mismo átomo.
Muchas gracias a por su solicitud. ♥
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