Categoria: Fisica Pubblicato: Gennaio 12, 2013
Gli atomi non sono per lo più spazio vuoto perché non esiste uno spazio puramente vuoto. Piuttosto, lo spazio è pieno di un’ampia varietà di particelle e campi. Succhiare tutte le particelle e i campi da un certo volume non renderà lo spazio completamente vuoto perché nuove particelle lampeggeranno ancora in esistenza a causa dell’energia del vuoto. Inoltre, il campo di Higgs non può essere rimosso. Anche se ignoriamo ogni tipo di campo e particella tranne elettroni, protoni e neutroni, scopriamo che gli atomi non sono ancora vuoti. Gli atomi sono pieni di elettroni. È vero che una grande percentuale della massa dell’atomo è concentrata nel suo piccolo nucleo, ma ciò non implica che il resto dell’atomo sia vuoto. Piuttosto, implica che il resto dell’atomo ha una densità relativamente bassa.
L’idea sbagliata di un atomo vuoto è insegnata da libri di scienze di livello elementare errati e si basa sulla falsa immagine degli elettroni come palle. In questa visione, l’atomo è costituito da sfere di elettroni che sfrecciano attorno al nucleo atomico che è esso stesso una palla. In questa immagine, lo spazio tra gli elettroni e il nucleo è quindi spazio vuoto. Mentre questa immagine (il modello Bohr) è semplice da immaginare, è stato dimostrato di essere sbagliato quasi un secolo fa. Gli elettroni (così come tutte le particelle) sono parzialmente simili a particelle e parzialmente ondulate, a seconda della situazione. Quando legati in atomi in uno stato indisturbato, gli elettroni agiscono come onde. Queste onde sono onde tridimensionali di densità di probabilità che si diffondono per riempire l’intero atomo. Gli elettroni non si diffondono uniformemente, ma seguono schemi di distribuzione specifici chiamati “orbitali”. La forma degli orbitali è alla base di tutte le reazioni chimiche. Come esempio di alcuni orbitali, la distribuzione della densità a singolo elettrone è mostrata a destra per l’idrogeno nei primi stati più bassi. I punti più chiari indicano regioni in cui l’elettrone ha una densità più elevata. Si noti che ogni immagine rappresenta un singolo elettrone. I diversi punti luce e le bande in una singola immagine fanno tutti parte dello stato d’onda di un singolo elettrone. Poiché gli elettroni legati si diffondono in onde di densità fuzzy, non esiste un “bordo” definito per un atomo. L’elettrone in realtà si diffonde per riempire tutto lo spazio, anche se lontano dall’atomo è abbastanza sottile da essere trascurabile. È interessante notare che gli elettroni nell’atomo si diffondono persino in modo da sovrapporsi al nucleo stesso. Questa sovrapposizione elettrone-nucleo rende possibile l’effetto della cattura di elettroni, dove un protone nel nucleo può reagire con un elettrone e trasformarsi in un neutrone. Se gli atomi fossero per lo più spazio vuoto, potremmo rimuovere questo spazio e ridurre gli atomi. In realtà, gli atomi non contengono spazio vuoto. Piuttosto, sono pieni completamente di elettroni sparsi, rendendo impossibile il restringimento degli atomi.
Argomenti: atomo, atomi, collasso, elettromagnetismo, elettrone, spazio vuoto, quantum, funzione d’onda