¿Por qué no se separa un átomo?

Maravillosa pregunta! La respuesta grosera a la pregunta es: ¿qué te hace pensar que DEBERÍA volar aparte? Es grosero, pero sirve para resaltar que cuando aprendemos sobre la estructura atómica, nos vemos obligados a superponer nuestras experiencias e intuiciones existentes sobre el nuevo conocimiento. Esto no funciona a la escala de los átomos.

Primero, PUEDES hacer que un átomo se separe, solo se necesita mucha energía. Primero, puede aplicar aproximadamente la misma energía que la luz UV y hacer que algunos de los electrones salgan volando. Esto es ionización. Si pones aún más energía, por ejemplo, en los niveles de rayos X, puedes hacer que todos los electrones salgan volando y tal vez comenzar a destruir el núcleo. Se trata de cuánta energía tienes.

Sin embargo, supongo que se pregunta por qué, a temperatura ambiente, un átomo no solo se separa espontáneamente.

Hay dos grandes problemas con nuestra intuición clásica sobre los átomos:

1. Queremos pensar en los electrones girando alrededor del núcleo como la luna girando alrededor de la tierra. La atracción gravitacional de la tierra y la luna equilibra la fuerza radial de la revolución que de otro modo causaría que la luna continuara en línea recta. Dibujamos la analogía entre la carga positiva nuclear que atrae la carga negativa del electrón y estamos convencidos de que los sistemas son lo suficientemente similares como para decir que los electrones están en “órbita” alrededor del núcleo y no se separará. Pero esto no está bien, y hay iones estables sin carga equilibrada que no se separan.

2. La revolución mencionada anteriormente implica que los electrones están en una trayectoria circular (o al menos elíptica, como los planetas). Esto implica que se están acelerando, y una carga acelerada emite energía (radiación Brehmstrallung). Los electrones perderían energía rápidamente y colapsarían en el núcleo si se comportaran como vemos que se comportan las cargas en el macro mundo. Esto no sucede, y esto implica además que los electrones deben comportarse de manera bastante diferente de lo que esperamos.

Si reconocemos el hecho de que un átomo ES estable y preguntamos qué tipo de cosas deben estar sucediendo para lograr esto, debemos desarrollar la mecánica cuántica.

Esto puede ser profundo y muchos años de diversión para estudiar y hablar. Sin embargo, la respuesta corta es que los electrones NO parecen viajar en una trayectoria alrededor del núcleo … No se mueven de una manera clásica como se mueve una bola. No puedes “mirar” un electrón y luego saber dónde será el próximo. Si intenta medir con precisión y precisión dónde está, lo perturba lo suficiente como para que la medición sea inútil para la predicción. Ahora entendemos que existe un electrón en una nube de posición distribuida que solo puede permitirnos saber una probabilidad de dónde podríamos encontrarlo. ¿Por qué? No sé por qué y dudo que haya una buena respuesta para eso. Así son los átomos. Hay MUY buenas maneras de conocer las nubes de probabilidad, pero nunca de saber exactamente dónde está el electrón y dónde podría estar próximo.

También, sabemos que los niveles de energía que puede tener un electrón en un átomo están cuantificados: solo puede tomar ciertas energías discretas. Por lo tanto, no puede perder energía continuamente y colapsar en el núcleo; no hay niveles de energía disponibles para esto, por lo que no sucede.

¿Por qué? Nuevamente, no creo que haya una respuesta científicamente verificable a eso. Es justo lo que encontramos cuando estudiamos átomos …

Porque hay algo llamado “fuerzas restauradoras” en la naturaleza. Ese es exactamente el tipo de fuerza electromagnética establecida entre el núcleo y los electrones externos.
La fuerza electromagnética en un átomo hace que se comporte como una masa unida a un resorte. Si retira el electrón, experimentará una fuerza en la dirección opuesta que tenderá a devolverlo a la “posición de equilibrio”. Por supuesto, si la atracción es demasiado fuerte, liberarás el electrón. Esto se llama ionización.
Si tiene curiosidad sobre esto, busque el modelo atómico de Lorentz.

Una vista alternativa; El núcleo y los electrones orbitales de un átomo son partículas de materia 3D. Tienen una fuerte atracción mutua entre ellos. El cuerpo más ligero que orbita alrededor del cuerpo más pesado es el único método que pueden mantener la unidad sin chocar entre sí. Debido a la estructura peculiar del núcleo, el movimiento orbital del electrón requiere que el núcleo también gire en fase con los electrones. Solo aquellos núcleos, que pueden sobrevivir a la tensión de este giro de alta velocidad, pueden sobrevivir. Una vez que un átomo ha alcanzado su estado estable, la atracción gravitacional entre el núcleo y los electrones en órbita es el único esfuerzo externo experimentado por ellos. Todos los demás tipos de esfuerzos externos se desarrollan solo en estados inestables de átomos. El equilibrio entre la atracción gravitacional y la desviación hacia el exterior debido al movimiento lineal en el camino circular sostiene los electrones en sus caminos y evita que el átomo se separe. ver: capítulo 13 de ‘MATERIA (reexaminada)’.

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