Perché l'acqua non fuoriesce da un bicchiere tra gli atomi del vetro, che teoricamente sono cavi?

Questa domanda presenta un problema perché, nella sua formulazione, sembra considerare vuoti gli atomi del cristallo, ma non quelli dell'acqua. In altre parole, distingue gli atomi a seconda che siano materia solida (cristallo) o materia liquida (acqua). E, in realtà, non è possibile fare questa distinzione: tutti gli atomi di materia hanno le stesse caratteristiche di base, anche se le diverse sostanze che li compongono hanno proprietà diverse: l'acqua, in quanto liquido, può deformarsi, mentre il cristallo, in quanto solido, no.

Detto questo, la domanda interessante è se gli atomi siano vuoti o meno. E la risposta è che non sono esattamente vuoti perché esiste una probabilità della presenza di uno o più elettroni attorno al nucleo di ogni atomo. E questi elettroni creano un campo elettromagnetico quantistico. Questo campo elettromagnetico è responsabile delle repulsioni o attrazioni tra gli atomi, il che significa che ci sono barriere tra loro, comprese quelle nell'acqua, perché esistono in tutti i tipi di materia. Per rispondere al perché l'acqua non fuoriesce dal vetro che la contiene, devo fare riferimento a quegli elettroni negli atomi e alle repulsioni e attrazioni tra loro.

Quindi, per cominciare, lo stato degli atomi non può essere interpretato come vuoto a causa della presenza di quegli elettroni che creano campi elettromagnetici quantistici. Ciò significa che se un elettrone in un atomo d'acqua vuole posizionarsi dove si trovano gli elettroni nel vetro, non può farlo. Questa è la soluzione di Pauli, o principio di esclusione di Pauli, che ci dice che c'è un numero fisso di elettroni in ogni stato energetico; non è possibile avere tutti gli elettroni desiderati ovunque si voglia.

Dal punto di vista della fisica classica, abbiamo questa repulsione e attrazione. Sappiamo già che le particelle con la stessa carica si respingono, mentre quelle con carica diversa si attraggono. Poiché gli elettroni hanno tutti una carica negativa, si respingono; ma attraggono le particelle con carica positiva. L'acqua si attacca al vetro, ma allo stesso tempo lo tiene insieme, e questo è dovuto a queste repulsioni e attrazioni. Succede come durante l'adolescenza, quando ragazze e ragazzi si affezionano alla casa e alla famiglia, ma iniziano anche a sentirsi legati al mondo esterno e ai loro gruppi di amici.

Ma dobbiamo anche tenere conto della fisica quantistica che funziona con i sistemi microscopici , che ci dice che non possono esserci due elettroni nello stesso stato. Quindi, se l'atomo del cristallo ha già le sue posizioni elettroniche completamente occupate, un atomo d'acqua non può entrare, e questo impedisce agli atomi d'acqua di attraversare il cristallo.

Ruth Lazkoz ha conseguito un dottorato di ricerca in fisica ed è professoressa presso l'Università dei Paesi Baschi.

Coordinamento e redazione: Victoria Toro .

Domanda inviata via email da Carlos Miguel Vega Gómez .

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