Si todo está formado por átomos (electrones, protones, neutrones), ¿por qué tienen propiedades diferentes (es decir, transparentes, opacas, conductor, aislante, líquido, gas, sólido) en la naturaleza?

Answer 1

Las interacciones con los vecinos cambian las propiedades que mencionas: sólido-líquido-gas, aislante, … Y estas propiedades están realmente determinadas por el espaciado entre los núcleos y la cantidad de electrones en esos espacios. Unos pocos núcleos lo suficientemente cerca como para unirse entre sí, y una gran cantidad de espacio alrededor de esos núcleos, forma una molécula. Algo así como 10 ^ 23 núcleos por centímetro cúbico hace un sólido. La disposición regular de los núcleos hace un cristal. Las interrupciones de la regularidad pueden endurecer o debilitar la resistencia mecánica del cristal. La disposición semi-regular de los núcleos hace una aleación o vidrio.

Los electrones entre los núcleos también interactúan entre sí. A veces se separan para hacer iones. A veces se emparejan fuertemente, para hacer enlaces químicos. A veces se distribuyen uniformemente, para hacer bandas de conducción. Las formas en que los electrones interactúan con las cargas en los núcleos y entre sí es el tema de la mecánica cuántica.

Las propiedades de los núcleos (especialmente estables frente a las radiactivas) también están determinadas por las interacciones entre vecinos. Aquí las interacciones son entre los nucleones (protones y neutrones) que forman un núcleo. Las fuerzas entre los nucleones dependen de cuántos de cada uno estén lo suficientemente cerca para interactuar y combinarse para formar un núcleo. Las interacciones entre núcleos separados son mucho más débiles. Las formas en que los nucleones interactúan en un núcleo y cómo esto determina la estabilidad nuclear es el tema de la física nuclear.

La física del plasma es un área especialmente interesante (y desafiante) porque los electrones se separan de los núcleos y hay interacciones de largo y corto alcance que involucran todo.

La química demuestra (entre otras cosas) las infinitas posibilidades para la disposición de unos pocos núcleos y sus electrones en moléculas. Y por las interacciones entre esas moléculas. Algunas de estas moléculas y sus interacciones conducen a las estructuras en células, tejidos, órganos y criaturas vivas. Y al estudio de la biología y la medicina.

Answer 2

Para abordar parte de su pregunta, técnicamente, la diferencia entre el hidrógeno y el helio es en realidad un protón, no necesariamente un electrón . Esto se debe a que los elementos pueden formar iones (por ejemplo, el hidrógeno puede perder un electrón y aún puede ser hidrógeno; esto sucede en el agua “ionizada”, donde hay un montón de iones de hidrógeno o iones de hidróxido que flotan alrededor).

En lo que respecta a los sólidos, los líquidos y los gases, esto tiene que ver con muchas cosas, pero principalmente con la fuerza de unión entre las moléculas. Por ejemplo, el agua puede ser un sólido, un líquido o un gas. Cuando se aplica calor, esto hace que las moléculas se muevan, lo que hace que los enlaces entre las moléculas se separen aún más, lo que a su vez lo hace cada vez menos “sólido”. Si desea obtener todo lo técnico al respecto, gran parte de esto es un efecto de la electronegatividad (los átomos de tamaños diferentes, con diferentes números de protones y electrones, tienen una “fuerza de atracción” mayor o menor), y los enlaces de hidrógeno, la dispersión y fuerza dipolo, etc.

En cuanto a los conductores, la forma en que las moléculas de metal se unen (por ejemplo, el hierro) crea un llamado “mar de electrones” entre todas las moléculas. La electricidad se puede describir (generalmente) como el movimiento de electrones a través de un material o sustancia. Este mar de electrones en un metal permite a los electrones libertad de movimiento. Por eso, por ejemplo, si coloca un imán cerca de un metal, atraerá los electrones hacia el lado del imán y podrá medir la diferencia de fuerzas positivas y negativas en cada lado del metal; Esto es, en parte, evidencia de nuestra noción de “movimiento de electrones”, también conocida como electricidad. La sal de mesa, por ejemplo, que es cloruro de sodio, no es tan buena como un conductor como un metal puro, porque la sal de mesa es de dos iones (sodio y cloruro), y sus electrones se usan actualmente para mantener los dos iones juntos .

En cuanto a lo transparente y opaco, he escuchado que las personas se refieren a las “nubes” de electrones como las partes de los materiales que realmente están viendo. Me han dicho esta comparación: un núcleo de un átomo, para sus electrones, es como una canica para un estadio de fútbol.

Puedes ver en la imagen de arriba algunos átomos de oro, gracias a un microscopio de exploración de túneles.

Lo que realmente estás viendo son las “nubes de electrones” externas; los núcleos están muy abajo en lo profundo. Entonces, todas estas propiedades de los materiales realmente tienen que ver con la forma en que se unen (especialmente la resistencia de la unión, la estructura de las uniones, etc.)

Y sí, como usted indicó, es muy extraño que la diferencia entre el hidrógeno y el helio sea solo una pequeña partícula. Sin embargo, la única razón por la que los llamamos hidrógeno y helio es simplemente una convención humana. También ha llegado a la conclusión más fundamental de los átomos: que la diferencia entre sus propiedades en realidad es solo una partícula. Bastante loco, ¿verdad?

Answer 3

Toma seis ladrillos LEGO de ocho picos. ¿Cuántas combinaciones crees que puedes hacer con esas?
Resulta que es 915,103,765. Cada uno de ellos es una forma única con varias alturas y número de ladrillos utilizados en la estructura. Algunos de ellos son más fáciles de romper y otros son más difíciles, solo por la forma en que están conectados.

¿Y si tuvieras LEGOs de colores? LEGO viejos y nuevos? LEGOs de aluminio? Bueno, algunas estructuras pueden ser de un solo color, mientras que otras están mezcladas. Las estructuras unidas completamente por las conexiones de plástico apretadas de los nuevos ladrillos serían mucho más fuertes que las hechas con ladrillos viejos desgastados (siempre se podría decir cuáles eran los viejos). Usted puede obtener todo entre mezclando ladrillos nuevos y viejos.
El uso exclusivo de ladrillos de aluminio podría proporcionarle estructuras conductoras, pero la combinación de aluminio y plástico podría proporcionar estructuras aislantes si los ladrillos de aluminio no se conectan.

Hay 91 elementos que ocurren naturalmente, y cada uno es un ladrillo LEGO único. Cada uno tiene su propio “color” (asociado con sus niveles de energía electrónica) y su capacidad de conectarse fuerte o débilmente con otros elementos. Cada uno tiene sus propias propiedades (metálico / semiconductor / aislante; sólido / líquido / gas), pero la combinación de elementos le brinda algo completamente único, al igual que con los LEGO.
No debería sorprender que haya tantas propiedades diferentes cuando se combinan; más bien sería más sorprendente para nosotros haberlo visto todo.

Answer 4

Porque lo que ves no es electrones y protones.
Todo lo que ve es el resultado de la interacción de una gran cantidad de partículas (electrones y protones, pero también docenas de otros). Y hay varias formas diferentes de interacción (gravitacional, electromagnética, débil y fuerte).
Todos juntos, forman el asombroso número de combinaciones.
Y lo que experimenta no es solo un número reducido, sino casi inimaginable de esas interacciones, en cada grano de arena y gota de líquido y una bocanada de humo.
Es como cada foto, y cada película es diferente de otra. Sin embargo, todos ellos están compuestos esencialmente de píxeles. Simplemente puntos rojos, verdes y azules. Eso es todo lo que hay: mire su pantalla con una lupa, incluso el blanco de la pantalla no es blanco. Es solo rojo, verde y azul empaquetado muy densamente juntos.

Answer 5

Un diamante, buckyballs, grafito, carbón, carbón vegetal, una bicicleta de fibra de carbono, y muchas otras cosas están hechas de (o en su mayoría de) un solo átomo: el carbono.

Los átomos se unen en moléculas. Las moléculas se unen en aleaciones, cristales y otros compuestos. Cada una de ellas tiene propiedades diferentes.

Un número infinito de propiedades, de hecho. El ADN es una molécula compuesta que codifica un animal y puede codificar una vasta y vasta variedad de individuos diferentes: uno diferente para casi todos los animales del planeta y, en muchos de ellos, muchos diferentes en diferentes células.

Esto es igual en el macroscópico que en el microscópico. Un periódico abierto que está leyendo (plano, floppy, se deshace si lo suelta) tiene propiedades muy diferentes de las cosas en las que podría convertirlo: un sombrero de papel (rígido, mantiene la forma si se cae), un plano de papel (rígido, se desliza aerodinámicamente si se cae, se enciende (emite calor y fuego), o tiene una forma de papel maché (aún más rígido, se ha combinado con pegamento para crear una tercera cosa nueva, a diferencia de pegamento o papel: un compuesto).

¡Y no me hagas comenzar con la cantidad de maneras en que puedes cambiar un huevo o una papa! Hervir, hornear, freír, congelar …

Answer 6

Una vista alternativa; Las propiedades únicas de cualquier cuerpo de materia 3D son el resultado de su estructura. Dos cuerpos de materia 3D estructurados de manera diferente que tienen componentes idénticos mostrarán propiedades diferentes. En algunos casos, dos partículas de materia 3D idénticamente estructuradas con componentes idénticos muestran propiedades diferentes debido a los cambios en las direcciones de movimiento de los componentes. ver: capítulo 17 de ‘MATERIA (Reexaminado)’.

Answer 7

Su pregunta asume que los átomos tienen un color, una textura y otras propiedades con las que está familiarizado.

Tienen peso, carga y poco más.

Todas las propiedades que imagina que tienen, sólido, gas, conductor, etc., no tienen. Los teléfonos inteligentes están hechos de materiales extraídos de la tierra. ¡Sin embargo, no puedo levantar un puño lleno de suciedad e iniciar sesión en quora!