Miért szilárdak az anyagok, ha a nagyrészük légüres tér?

Először is: az elektron sokkal nagyobb helyen oszlik el, mint a mérete. Gyakorlatilag kitölti az atommag és az atom széle közötti helyet.

Másodszor: ami nem nyomható össze, azt szilárdnak érzed.

Márpedig az elektron nem nyomható össze egészen picire. Ahhoz az kellene, hogy nagyon nagy teret járjon be, és akkor ezen a téren belül pici lenne.

De így, hogy kis tere van, azt kitölti. Valahogy úgy, mint egy felhő.

Az atomok részei között nem légüres tér van. Nyilván valahogy az emberi hétköznapi fogalmainkkal akarjuk leírni, ezért keresünk valami szót, ami többé-kevésbé olyasmit jelent.

Ami az atomok részei közt van, azt emberi ésszel nem tudjuk felfogni.

A légüres teret még úgy ahogy el tudjuk képzelni, pl fogunk egy hordót és kiszívjuk belőle a levegőt. De ez ugye feltételezi azt, hogy abban a hordóban lehetne levegő, csak épp nincs. Ha a hordót kinyitjuk, azonnal beszippantja a levegőt a környékéről.

Az atomok közötti térben nem lehetne levegő. Hogy is lehetne, hiszen a levegő is atomokból áll. Ott egy olyan tér van, ami nincs és soha nem is lehet kitöltve. A légüres hordóban viszont olyan tér van, ami ki lehetne töltve, és a hordó ezért tud beszívni anyagot, szemben az atomközi térrel, aminek nincs ilyen szívó hatása. (De úgy is tekinthetünk rá, hogy nem is üres, hanem valószínűségi függvényekkel van kitöltve.)

Sajnos az anyagi világunk ilyen, amikor nagyon kicsi dolgokat vizsgálunk, akkor olyan fura dolgokat kapunk mint hullám-részecske kettős természet, meg hasonló. Ilyet egy labda nem csinál, de egy foton igen, és ezt marha nehéz ép ésszel felfogni.

Egyrészt a szilárd anyagok atomjai között valamilyen összetartó erő, amit nem olyan egyszerű szétszakítani. Egy házat sem lehet áttolni egy másikon, pedig mondkettő nagyrészt levegő, viszont az "üres" terekkel elválasztott elemek mégis kötődnek egymáshoz. A folyadékoknál nincs ilyen erős összetartó erő, azon át lehet nyúlni.

A másik, hogy tuképpen még hozzáérni sem tudunk, mert az ujjunk és az anyag atomjai nem kerülhetnek tetszőlegesen közel egymáshoz. Olyasmi, mintha két erős, egymást taszító mágnest akarnál összetolni. Amikor nem megy tovább, azt érezükk mi úgy, hogy megérintettük.

Hidrogélekről hallottál már?

Ezek az anyagok olyan habanyagok, melyekben a buborékok össze vannak nyílva, a buborékfalak csak szilárdanyag, a többi levegő. A bene lévő szilárd anyag falvastagságai kisebbek, mint egy szappanbuborék falvastagsága.

A hidrogélek 95-99%-a levegő.

És mégis kemények, szilárdak.

Na atomi szinten hasonló a játék, csak a buborékfalak szilárdságát a magerők jelentik. Azok tartják össze az egész nagy vákuumot a szubatomi részecskék közt.

Igazi "tömör" anyagot csak a neutroncsillagokban találsz. Ott neutron neutron váll váll mellett szorong, nincs benne ilyen nagy űr.

Egy gombostűfejnyi anyag egy neutroncsillagból ezért annyit is nyom, mint a Nimitz repülőgép-anyahajó.

Egyébként ez az "atomok belseje üres" nézet onnan jött, hogy amikor meglőtték őket alfa részecskékkel, azok simán átmentek az atomon. Kivéve, ha igen közel jártak az atommaghoz.

Na most ez nem nagy kunszt. Ha megnézed, egy elektron 2000-szer könnyebb egy protonnál, egy alfa részecske meg négyszer nehezebb.

Tehát az elektronokat a 8000-szer nehezebb alfa részecske egyszerűen elsöpri az útból.

Sajnos általános- és középiskolában nem lehet ezt igazán megérteni. Ha mégis szeretnéd, akkor először egy pár dolgot le kell tüdőzni.

Az első, hogy a részecskék nem gömb alakúak, nem ellipszoid, stb. A részecskék el vannak kenve a térben, aminek a megtalálási valószínűségét lehet vizsgálni, nevezetesen az egész világegyetemre nézve lesz 1 ez az érték (persze elég gyorsan lecseng a távolsággal, tehát a te elektronjaid valószínűleg nem lesznek Kínában, de van rá lehetőség). Így nézve, egészen kitöltik a teret.

A másodikhoz nézzünk egy fémet. Ebben az esetben az atomtörzsek helyhez kötöttek, ezen helyről való eltávolítás a rácsenergia. Ez igazán nagy érték, tehát nehéz pl.: "kézzel" eltolni az útból az atomokat, hogy átnyúljunk rajta.

A harmadik pedig az atomok/molekulák mérete. Mekkora is egy mól? 6*10^23. Ezt elég nehéz elképzelni, mégis mennyi lehet? Lehetne itt is rel. atomtömegeket mondani, de ez nem igazán mond semmit. Összehasonlításként, ha egy atom homokszem nagyságú. Mennyi 1 mól? Ha fogjuk a Föld összes tengerpartjának összes homokját, az kb. 1 mól. Mások azt mondják, hogy a Himaláját lehetne kiépíteni ennyivel, stb.

Ha ezt a három dolgot belátod, akkor látható, hogy a kezed útjába megszámlálhatatlanul sok, erősen egymáshoz kötődő atom/molekula fog ütközni (nem mellesleg a kezed is ebből van. Ha modellezni szeretnéd, fogj 1 zacskó riszt meg egy zacskó babot és nyomd őket egymásnak. Az érintkezés felülete kb. olyan lehet, mint a "modell" esetében, csak nano méretekben.

Megjegyzés: Az atomok tudnak ilyet csinálni egyébként. Ezt nevezik alagút-effektusnak (tunneling). Ez a hatás azonban erősen függ a tömegtől. Márpedig egy emberi kéz vagy egy atom között van eltérés. Tehát az atom képes rá, az ember nem.