Volumen de un átomo y núcleo
El átomo consiste en un núcleo pequeño pero masivo rodeado por una nube de electrones que se mueven rápidamente . El núcleo está compuesto de protones y neutrones . Los radios nucleares típicos son del orden de 10 −14 m. Asumiendo forma esférica, los radios nucleares se pueden calcular de acuerdo con la siguiente fórmula:
r = r 0 . A 1/3
donde r 0 = 1.2 x 10-15 m = 1.2 fm
Si usamos esta aproximación, por lo tanto, esperamos que el volumen del núcleo sea del orden de 4 / 3πr 3 o 7,23 × 10 −45 m 3 para los núcleos de hidrógeno o 1721 × 10 −45 m 3 para los núcleos de 238 U. Estos son volúmenes de núcleos y los núcleos atómicos (protones y neutrones) contienen aproximadamente el 99.95% de la masa del átomo.
¿Es un átomo un espacio vacío?
El volumen de un átomo es aproximadamente 15 órdenes de magnitud mayor que el volumen de un núcleo. Para el átomo de uranio , el radio de Van der Waals es de aproximadamente 186 pm = 1.86 × 10 −10 m . El radio de Van der Waals, r w , de un átomo es el radio de una esfera dura imaginaria que representa la distancia de aproximación más cercana para otro átomo. Asumiendo forma esférica, el átomo de uranio tiene un volumen de aproximadamente 26.9 × 10 −30 m 3 . Pero este espacio “enorme” está ocupado principalmente por electrones, porque el núcleo ocupa solo alrededor de 1721 × 10 −45 m3 de espacio. Estos electrones juntos pesan solo una fracción (digamos 0.05%) del átomo completo.
Puede parecer que el espacio y, de hecho, la materia está vacía , pero no lo está . Debido a la naturaleza cuántica de los electrones , los electrones no son partículas puntuales, se extienden por todo el átomo. La descripción clásica no puede usarse para describir cosas a escala atómica. En la escala atómica, los físicos han descubierto que la mecánica cuántica describe muy bien las cosas en esa escala. Las ubicaciones de las partículas en la mecánica cuántica no están en una posición exacta, se describen mediante una función de densidad de probabilidad . Por lo tanto, el espacio en un átomo (entre electrones y un núcleo atómico) no está vacío, sino que está ocupado por una función de densidad de probabilidad de electrones (generalmente conocida como ” nube de electrones “).
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