Dacă atomii sunt în mare parte compuși din spațiu gol, de ce obiectele par și se simt solide când le atingem?
Acum două secole, chimistul John Dalton a introdus concepția că toate materialele sunt formate din particule denumite atomi. Fiecare atom constă dintr-un nucleu extrem de mic și electroni, care sunt chiar mai mici decât nucleul.
Dacă imaginați o masă obișnuită, dar de 1 miliard de ori mai mare, atomii săi ar avea dimensiunea pepenilor. Însă, și în acest caz, nucleul din mijlocul atomilor ar fi în continuare mult prea mic pentru a fi văzut cu ochiul liber. Iar restul reprezintă spațiu gol. Gândiți-vă că vă sprijiniți pe masă cu mâna. De ce nu ne trec degetele prin atomi dacă majoritatea spațiului care constituie atomul este gol? Ei bine, în primul rând, atomii nu sunt goi. Conform electrodinamicii cuantice, spațiul este umplut cu un câmp de electroni din jurul nucleului, care neutralizează sarcina și umple spațiul ce definește dimensiunea atomului.
Pentru a înțelege de ce obiectele se simt solide la atingere, trebuie să ne concentrăm asupra electronilor. Din păcate, o mare parte din ceea ce învățăm în școala generală este simplificat – electronii nu orbitează centrul unui atom la fel cum planetele orbitează în jurul Soarelui. Trebuie să ne gândim la electroni ca la un roi de albine sau păsări, unde mișcările individuale sunt prea rapide pentru a fi urmărite, dar putem observa urmele lăsate, asemenea imaginii de mai sus.
### Dansul electronilor
Electronii „dansează” practic în jurul atomului. Cu toate acestea, nu dansează haotic, ci mai degrabă seamănă cu un dans de bal, urmând tipare și pași specifici, stabiliți de o ecuație matematică, numită după Erwin Schrodinger.
Aceste tipare pot varia – unele sunt lente, asemeni unui vals, în timp ce altele sunt rapide și energice. Fiecare electron urmează același tipar, dar ocazional poate să-l schimbe, atâta timp cât niciun alt electron nu dansează deja conform acelui tipar. Doi electroni dintr-un atom nu pot evolua în același ritm, iar această regulă poartă numele de Principiul de excluziune.
Principiul de excluziune, cunoscut și sub denumirea de Principiul Pauli, este un principiu al mecanicii cuantice, formulat de Wolfgang Pauli în 1925. Acesta afirmă că doi fermioni identici nu pot ocupa aceeași stare cuantică în același timp. Pentru electronii dintr-un atom, asta înseamnă că doi electroni nu pot avea aceleași patru numere cuantice. Fiindcă electronii sunt fermioni, acest principiu le interzice să împărtășească aceleași stări cuantice.
Deși electronii nu obosesc niciodată, schimbarea la un pas mai rapid necesită energie.
### Rezistența la atingere
De ce o masă se simte solidă la atingere? Multe site-uri web vor afirma că acest lucru se datorează respingerii – că două obiecte încărcate negativ se vor respinge reciproc. O explicație mai realistă este că masa se simte solidă datorită dansului electronilor menționat anterior.
Când atingi masa, electronii din degetele tale se apropie de electronii din atomii mesei. Atunci când electronii dintr-un atom se apropie suficient de nucleul celuilalt, dansul se modifică. Un electron aflat pe un nivel energetic inferior nu poate rămâne pe același nivel energetic lângă alt nucleu, deoarece acest nivel este deja ocupat de un electron al celuilalt atom. Așadar, electronul din primul atom trebuie să se regăsească pe un nivel energetic superior în jurul celui de-al doilea. Această energie suplimentară este generată de forța de respingere a degetului asupra atomilor mesei.
Astfel, pentru a apropia doi atomi unul de celălalt este necesară energie, deoarece toți electronii lor
