¿Están vacíos los átomos en el agua y en el cristal?
La pregunta sobre si los átomos en el cristal están vacíos, en comparación con los de agua, presenta un malentendido común. A menudo se tiende a hacer una distinción entre los átomos de materia sólida, como el cristal, y los de materia líquida, como el agua. Sin embargo, todos los átomos comparten características básicas, sin importar el estado de la materia que forman. La principal diferencia reside en las propiedades físicas: el agua, como líquido, puede deformarse, mientras que el cristal, como sólido, no tiene esa capacidad.
La naturaleza de los átomos
La cuestión fundamental es si los átomos están vacíos. La respuesta es que no están completamente vacíos, ya que en torno a cada núcleo atómico hay una probabilidad de localizar uno o varios electrones. Estos electrones generan un campo electromagnético cuántico que provoca fuerzas de atracción y repulsión entre los átomos de cualquier materia, incluida el agua. Esta interacción es lo que impide que el agua se escape del vaso que la contiene.
El principio de exclusión de Pauli
Es crucial entender que la presencia de electrones y los campos electromagnéticos cuánticos no permiten considerar a los átomos como vacíos. Por ejemplo, si un electrón de un átomo de agua intenta posicionarse en el espacio ocupado por los electrones de un átomo de cristal, no puede hacerlo. Este fenómeno se explica mediante el principio de exclusión de Pauli, que establece que cada estado energético solo puede ser ocupado por un número limitado de electrones; no se pueden colocar más electrones de los que un estado energético puede albergar.
Interacciones entre electrones
Desde el punto de vista de la física clásica, también se observa que las partículas con carga similar se repelen, mientras que las de distintas cargas se atraen. Todos los electrones poseen carga negativa, lo que causa que se repelan entre sí. Sin embargo, estos electrones son atraídos por las partículas de carga positiva, lo que contribuye a la cohesión tanto dentro del agua como entre el agua y el cristal. Tal como ocurre en la adolescencia, existe un equilibrio entre la atracción por la familia y la conexión con nuevos grupos de amigos.
El papel de la física cuántica
La física cuántica, que se ocupa de los sistemas microscópicos, también indica que no pueden existir dos electrones en el mismo estado energético. Por ende, si un átomo de cristal tiene sus electrones ocupando todos sus estados disponibles, no hay espacio para un átomo de agua. Esto explica por qué los átomos de agua no pueden atravesar el cristal.
Ruth Lazkoz es doctora en física y catedrática en la Universidad del País Vasco.
Coordinación y redacción: Victoria Toro.
Pregunta enviada vía email por Carlos Miguel Vega Gómez.
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