Hay tantos átomos en el mundo, y en ningún átomo el electrón saltó de sus órbitas o cayó al núcleo. ¿Por qué?

Los electrones deberían caer en el núcleo

Todos los que se han sentado hasta cuarto grado saben que cuando frotas un globo en tu cabello o tu suéter, puedes pegarlo a la pared. Puede hacerlo porque el roce hizo que el globo acumulara muchos electrones. Los electrones son atraídos por los protones y repelidos por otros electrones, por lo que cuando el globo fue empujado cerca de la pared, los electrones en la pared se alejaron, dejando protones expuestos. Estos protones semidesnudos eran irresistibles para los electrones en el globo y los electrones corren hacia los protones, llevándose el globo con ellos.

La pregunta es, ¿por qué esos electrones se movieron de tu cabello al globo en primer lugar? Si estaban tan enamorados de protones, tendrían muchos de ellos justo en tu cabello. Los átomos sin carga emparejan cantidades iguales de electrones y protones. Los electrones deberían acercarse directamente al núcleo atómico.

En física clásica, los electrones deberían caer en el núcleo incluso si no fueran atraídos por la carga del protón. Los primeros modelos de átomos tenían electrones orbitando el núcleo de la misma manera que un planeta orbita un sol. Orbitar en círculo significa hacer muchos cambios de dirección, lo que significa aceleración. Cuando una carga eléctrica sufre aceleración, emite radiación electromagnética. La radiación electromagnética es energía, y el electrón puede perder uno de los dos tipos de energía; energía cinética (o velocidad), o energía potencial (o distancia del núcleo). De cualquier manera, eventualmente chocará con el núcleo.

La solución de energía cinética y potencial

Pensemos en un solo electrón flotando en el espacio. ¿Cómo medimos incluso su energía cinética y potencial? Comienza imaginando un solo protón, muy lejos. Juntos, pueden unirse y formar un átomo de hidrógeno. A medida que medimos su progreso el uno hacia el otro, en términos de energía, veremos de muchas maneras lo que vemos en la física clásica.

Imagen: Ben Otrowsky

El electrón, al acercarse al protón, tendrá energía cinética y energía potencial. Cuando esté lejos, tendrá una cantidad relativamente grande de energía potencial, de la misma manera que los objetos elevados por encima del suelo tienen grandes cantidades de energía potencial. A medida que avanza hacia el protón, pierde parte de esa energía potencial. Parte de ella se irradia, como energía electromagnética. Parte de ella se convierte en energía cinética. La energía cinética evita que un electrón salte, y evita que se quede en un núcleo y se combine con un protón.

Aquí es donde el mazo está ligeramente apilado a favor de los electrones que no se combinan con los protones. La energía cinética, si el electrón está en el núcleo, es infinito. La energía potencial, si el electrón está en el núcleo, es infinito negativo. Pero si desea averiguar la energía cinética en cualquier momento, es el doble de la disminución de la energía potencial. En otras palabras, la energía cinética tiene más peso y el electrón permanece fuera del núcleo. La distancia final del electrón desde el núcleo que representa el equilibrio de esas dos energías y su proporción de dos a uno.

La nube y la concha

Existe un problema al pensar en los electrones como pequeños trozos de materia que orbitan una porción más grande de materia. En realidad no se comportan de esa manera. Un electrón no puede considerarse como un planeta, sino que debe considerarse como una especie de nube de probabilidad. Y no en el sentido de que esa sea la forma más útil de pensarlo, eso es realmente lo que es un electrón. Para comprender el comportamiento del electrón, tenemos que pensar en dónde será más densa esa nube, o dónde hay la mayor probabilidad de un electrón, o dónde hay la carga negativa máxima.

Imaginemos el viaje hacia el núcleo protón-hidrógeno nuevamente, excepto imagínelo como lo haría si estuviera midiendo cada pequeño volumen de espacio con un probabilitómetro. Lejos del núcleo, el probabilitómetro no registraría prácticamente ninguna probabilidad de carga negativa. A medida que te acercas lentamente, el medidor sube y sube, hasta que registra la mayor probabilidad en el núcleo. Esto parece contradecir tanto lo que acabamos de descubrir como la realidad.

El truco aquí es comprender que un pequeño volumen de espacio en una línea a cierta distancia del núcleo no es la mejor manera de medir la probabilidad de que un electrón esté en un volumen de espacio en particular. No nos sorprende si el electrón está arriba, abajo, a la izquierda o a la derecha del núcleo. Solo lo queremos a cierta distancia. Lo que significa que podría estar en cualquier parte de un “caparazón” esférico alrededor del núcleo. Lo que queremos es el volumen de ese caparazón. El volumen de ese caparazón es el área de superficie de una esfera, 4π r

2

, veces cualquier ancho arbitrario que elijamos para el shell. El volumen de ese “caparazón” en r = 0, o justo en el medio del núcleo, es cero. A medida que avanzamos, r aumenta lentamente, pero el volumen 4π r

2

aumenta bastante rápido Dicho esto, cuanto más nos alejamos del núcleo del átomo, menos probable es que se encuentre el electrón del átomo. Entonces, la probabilidad más alta de encontrar el electrón será el radio del “punto dulce” donde el volumen de la capa es lo suficientemente grande como para que la probabilidad sea alta, pero la distancia desde el núcleo no es demasiado grande para que la probabilidad sea baja . Grafica eso y encontrarás que la probabilidad más alta del electrón está cerca del centro del átomo, pero no dentro de él.

“Hay tantos átomos en el mundo, y en ningún átomo el electrón saltó de sus órbitas o cayó al núcleo. ¿Por qué?”

“Ningún átomo individual se ioniza” (supongo que esto es lo que quieres decir).

Si está diciendo esto, probablemente debería considerar un ejemplo:

Un ejemplo de los días de la infancia:

Frota la regla de plástico o un peine sobre el cabello seco de tu cabeza y luego lleva esa regla (o peine) cerca de pedazos de papel … lo que sigue es algo que supongo, ya sabes.

La regla (o peine) atrae pedazos de papel.

Entonces, ¿qué acaba de pasar?

(Esta imagen es de slideshare).

Por supuesto, millones (sí millones) de átomos de sus pelos y de esa regla (o peine) fueron ionizados.

Pero como puede ver, solo se atrajeron pequeños trozos de papel y no toda la mesa, por lo que podemos decir que la magnitud fue muy pequeña.

Esta magnitud de ionización fue detectable, pero ¿qué pasa con la pequeña magnitud de carga indetectable?

Entonces, básicamente, lo que estoy tratando de decir es que un poco de ionización de átomos en realidad OCURRE, pero no podemos percibirlo y tampoco es dañino ni es estable.

Cada vez que ocurre alguna ionización en un átomo, obtiene su electrón (o libera su electrón) a los átomos cercanos por la fuerza (electrostática) y ese átomo a su vez toma o da electrones a su átomo vecino.

De esta manera, la ionización pequeña de baja magnitud siempre ocurre de manera espontánea (por acciones muy pequeñas como rodar la pelota en el suelo, usar y quitarse la ropa, en nubes voladoras, “bailar” árboles, cocinar y en casi todas las acciones).

En realidad, siempre podemos encontrar átomos ionizados en todas partes, es solo que ni son detectables ni detectados.

¡Incluso buscar 1 milímetro cúbico de aire sin un solo átomo ionizado no es nada fácil!

Espero haber respondido.

Gracias por leer !

Eso no es verdad. Los electrones que saltan de las órbitas se utilizan para transportar corriente eléctrica en los metales. La física cuántica generalmente evita que los electrones caigan en el núcleo, pero esto ocurre con extrema presión cuando se forma una estrella de neutrones.

Sí, es cierto que hay millones y millones de átomos, pero todos los átomos tienen las mismas constituciones. Todos los átomos están formados por protones, electrones y núcleos. Nunca ha encontrado un átomo único que pueda saltar de su órbita ni entrar al núcleo. Solo pueden saltar cuando le suministran energía. Debido a las masas de protones y electrones, ejerce una fuerza gravitacional entre sí. También el electrón se repele con otro electrón que se llama fuerza eléctrica. Por lo tanto, el electrón puede salir de su órbita ni entrar al núcleo. Todos los protones y electrones son iguales, por lo que hay una condición de equilibrio. Si no es así, entonces el elemento es radiactivo. Para estabilizarse, comienza a emitir radiación o descomposición.

Es sorprendente que el universo esté compuesto solo por el 4.9% de los átomos. Y todos los átomos tienen la misma constitución.