Primero una pequeña introducción de un átomo.
Cada átomo está compuesto por un núcleo y uno o más electrones unidos al núcleo. El núcleo está formado por uno o más protones y, por lo general, un número similar de neutrones (ninguno en hidrógeno-1). Los protones y los neutrones se llaman nucleones. Más del 99.94% de la masa de un átomo está en el núcleo. Los protones tienen una carga eléctrica positiva, los electrones tienen una carga eléctrica negativa y los neutrones no tienen carga eléctrica. Si el número de protones y electrones es igual, ese átomo es eléctricamente neutro. Si un átomo tiene más o menos electrones que protones, entonces tiene una carga general negativa o positiva, respectivamente, y se llama ion.
La segunda es una pequeña introducción de las cuatro fuerzas fundamentales que existen en la naturaleza.
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Hay cuatro interacciones o fuerzas fundamentales aceptadas convencionalmente: gravitacional, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil. Cada uno se entiende como la dinámica de un campo. La fuerza gravitacional se modela como un campo clásico continuo. Los otros tres están modelados como campos cuánticos discretos y exhiben una unidad medible o una partícula elemental.
Dos (fuerzas nucleares electromagnéticas y fuertes) de estas cuatro fuerzas son responsables de la formación y estabilidad de un átomo. La existencia de un átomo depende del equilibrio preciso de estas dos fuerzas.
La carga eléctrica viene en dos variedades: positiva y negativa. Los principales portadores de carga positiva son los protones, mientras que los principales portadores de carga negativa son los electrones. (Dentro de los protones y los neutrones, los quarks llevan carga, pero esto solo es importante para nosotros ya que la carga neta de un protón o neutrón es igual a la suma de las cargas de todos sus quarks: cero para un neutrón, y un pequeño cantidad positiva para un protón.) Cada protón lleva exactamente la misma cantidad de carga positiva, y cada electrón lleva una carga negativa exactamente opuesta a la de un protón.
La fuerza electromagnética que existe entre el electrón cargado negativamente y el núcleo cargado positivamente une al electrón a su órbita alrededor del núcleo.
La fuerza electromegnática explica cómo los electrones están unidos al núcleo de un átomo. Pero ahora la pregunta es qué mantiene unido el núcleo.
La fuerza eléctrica no puede dar cuenta de esto, y de hecho, la fuerza eléctrica en realidad funciona contra mantener el núcleo unido. Recuerde, el núcleo contiene neutrones y protones. Los neutrones son eléctricamente neutros, por lo que la fuerza eléctrica no los retendrá. Además, todos los protones están cargados positivamente, por lo que todos se repelen entre sí. Entonces, si la fuerza electromagnética era la única fuerza involucrada, no podría crear un núcleo. Podrías tratar de juntar todos esos protones y neutrones, pero tan pronto como los sueltes, los protones se dispararían uno al otro, y los neutrones también se separarían. Tiene que haber alguna otra fuerza que mantenga unidos protones y neutrones.
Por supuesto, dado que la fuerza electromagnética intenta constantemente separar los protones, la fuerza que los mantiene a todos debe ser más fuerte que la fuerza electromagnética. Y tenga en cuenta que la fuerza electromagnética se fortalece a medida que las partículas cargadas se acercan y los protones en un núcleo están muy juntos. Como resultado, la fuerza que mantiene unidos protones y neutrones debe ser muy fuerte. Y eso es cierto, la fuerza denominada “la fuerza fuerte” es responsable de mantener unido el núcleo de un átomo.
La fuerza fuerte es una fuerza que atrae protones a protones, neutrones a neutrones y protones y neutrones entre sí. La fuerza tiene un rango muy corto, y esta es la razón por la cual el núcleo de un átomo resulta ser tan pequeño. Además, la fuerza fuerte también es responsable de unir los quarks y gluones en protones y neutrones.
Entonces, el núcleo de un átomo se mantiene unido por la fuerza fuerte, mientras que los electrones se mantienen en el átomo por la fuerza electromagnética.
