Atomii nu au mult spațiu „gol”, așa cum se crede. Există o serie de forțe care determină poziționarea exactă a particulelor subatomice în cadrul unor atomi. Faptul că noi trăim cu impresia că între electron și nucleu este mult spațiu liber, deși este o oarece distanță între cele două, este o consecință a modelului Bohr care ni se predă în școală.
Modelul atomic al lui Bohr prezintă electronii ca fiind niște puncte care se învârt în jurul nucleului atomic. De fapt, dacă citești mai multe despre electroni vei afla de noțiunile de orbitali atomici și orbitali moleculari.
Orbitalii atomici sunt aproximări matematice a poziției posibile a unui electron în cadrul atomului. În cazul acesta nu vorbim de electron ca particulă, ci despre electron ca o undă staționară. Cu alte cuvinte, eletronul din atom este definit de funcția de undă care îți spune ce zonă ocupă electronul în jurul atomului.
Vei descoperi cât de curând că electronul este ca un fel de nor sau o sferă ce înconjoară nucleul atomic. Dacă iei o portocală și o tai, poți considera coaja ca fiind electronul său.
Știind că atomul este, de fapt, ca o ceapă cu mai multe straturi, care sunt electronii, vei vedea de ce nu se poate ca doi atomi să ocupe același loc în spațiu.
Există două lucruri importante observate de-a lungul timpului: forța electromagnetică și principiul excluziunii al lui Pauli. Ambele au rol important în a menține atomul întreg și în a preveni colapsul materiei în ea însăși.
Forța electromagnetică acționează între electron și proton, astfel că atomul este ținut întreg de aceasta, dar aceeași forță blochează apropierea prea mare a altor atomi de un atom oarecare. Chiar și când atomii de sodiu și clor sunt uniți în NaCl în structura cristalină, clorul nu se poate apropria prea mult de atomul de sodiu.
Aceeași forță electromagnetică ne ține pe sol. Gravitația ne atrage către centrul planetei, dar forța electromagnetică din electronii din noi și din sol determină apariția unei forțe de respingere. Tocmai de aceea noi nu atingem propriu-zis un material, ci aducem atomii din noi suficient de aproape încât forța electromagnetică generată de eletroni se va opune forței generate de electronii din alt material.
Să nu uităm că electronul are mărime zero, zero volum. Să aduci doi electroni aproape este un lucru imposibil. Când îi apropii ei sunt în contact unul cu altul datorită forței electromagnetice:
Electronii trebuie considerați ca unde în atom:
Așa explicăm de ce nu ne contopim cu scaunul pe care stăm.
Principiul excluziunii al lui Pauli spune că doi electroni nu pot ocupa aceeași stare cuantică în același timp. De exemplu, în heliu avem pe ultimul strat doi electroni. Scriem 1s2, conform configurației de electroni. Acești doi electroni nu pot avea amândoi spin UP. Unul trebuie să fie UP, altul DOWN.
Datorită existenței acestui principiu al excluziunii nu vezi atomi plini de electroni până la refuz sau cu electronii aruncați aiurea în jurul nucleului. Există doar anumite nivele de energii pe care pot exista acei electroni și doar anumiți atomi pe un strat anume.
Un răspuns mai elaborat la această întrebare poți găsi aici.
Așadar, acum știi de ce materia nu trece prin materie!