dilluns, de febrer 15, 2010

Àtoms i tornados

Quan es parla de l’estructura de la matèria, resulta inevitable fer referència als àtoms. Les unitats bàsiques que componen els diferents elements que trobem al nostre voltant. Podem baixar encara més, i endinsar-nos en el món dels protons, dels quarks i de partícules cada vegada més estranyes, però aleshores ja no distingim entre els diferents elements. Un àtom de carboni segueix sent carboni, un àtom de platí és diferent del de carboni i encara és platí. En canvi, un protó és igual com l’aconseguim. Tots són iguals vinguin de l’àtom que vinguin.

Però resulta una mica complicat imaginar com és realment un àtom. Els models que ensenyen a l’escola expliquen que hi ha un nucli molt petit al centre i un nombre determinat d’electrons movent-se al voltant del nucli. Durant un temps es va pensar que els electrons seguien òrbites definides, igual que els planetes al voltant del Sol. Aquesta era una imatge entenedora i encara la trobem a molts llibres. No és exacta però al menys ens en podem fer una idea.

Però quan explorem la matèria, tot és molt estrany, i resulta que els electrons no segueixen òrbites sinó que es comporten d’una manera més subtil. Sabem que hi ha diferents “capes” d’electrons, i que cada capa pot tenir un nombre determinat d’aquestes partícules. El que no sabem és on para exactament cada electró. L’únic que podem calcular és a quines zones al voltant del nucli és més probable que hi siguin els electrons.

Per això, en tractar amb els àtoms i els seus electrons, no és parla d’òrbites (que serien trajectòries) sinó d’orbitals, és a dir de zones de l’espai on esperem trobar els electrons.

El concepte és una mica estrany, i aleshores és quan arriba un físic amb la fórmula per calcular els orbitals:

... i et sents com si estiguessis mirant jeroglífics alienígenes.

El problema sobretot és que cal estar-hi molt ficat per poder interpretar l’equació i que et permeti fer-te una imatge mental de l’àtom. Electrons que estan amb una certa probabilitat en diferents indrets...

En realitat un exemple que sempre em passa pel cap quan intento imaginar com funciona això és el d’un tornado. Un tornado no és un objecte físic, sòlid, amb uns límits que pugui definir. I malgrat tot, pot semblar-ho. Puc dir quan una cosa és a l’interior del tornado i quan és queda a fora. El límit del tornado pot ser poc definit, però és una zona de l’espai on coses com la pols es mouen molt de pressa. No seguint trajectòries definides (no hi ha òrbites dins el tornado) però si que ho fan en determinades zones de l’espai, com els orbitals dels àtoms. A més, igual que amb l’àtom a prop del nucli no hi ha electrons, tampoc al centre del tornado hi ha moviment.

Naturalment és una metàfora que no es pot portar massa lluny, però com a idea és prou útil. Si podéssim “veure” un àtom, no observaríem límits precisos, però si que el podríem aïllar de la resta de l’espai. I tampoc podríem veure els electrons seguint tranquil·lament un camí definit sinó que notaríem una zona per on ens semblaria intuir que es mouen a velocitats fabuloses.

Un concepte més difícil que el de les partícules girant tranquil·lament al voltant del nucli, però és que quan parlem de l’estructura atòmica de la matèria, qualsevol model senzill i entenedor és quasi segur que serà erroni.

7 comentaris :

XeXu ha dit...

La veritat és que estudiar la matèria a aquest nivell tan petit ha de ser apassionant. Però també és cert que s'ha de tenir una ment oberta per entendre el que sigui que es descobreixi, perquè com dius, de fàcil no en té ni un pèl. La fórmula aquesta, sense anar més lluny, em sembla que fins i tot els Asgar de Stargate la trobarien complicada. Jo només hi veig una sèries de lletres i números sense sentit. Això sí, m'ha fet gràcia el factorial del denominador de l'arrel. És com dir 'alerta! Que això és important!'.

Bé, a banda d'aquestes ximpleries, he de dir que el tema dels electrons el trobo fascinant, perquè desafien l'espai-temps, i això no ho fa qualsevol.

Carquinyol ha dit...

Trobar models per explicar determinades coses sempre és difícil, i més quant aquestes coses tenen un comportament no gaire comú al món real.

La fòrmula aquesta és genial! Queda d'allò més friki. Havia pensat posar-la en una samarreta, però per a que es pigui llegir en horitzontal no en cap (per poquet!!!) i en vertical l'acabo trapitjant. A casa no tinc cap paret que sigui prou gran per a posar-la i com a etiqueta de beguda friki l'ampolla hauria de ser un pèl gran... però segueixo cercant solucions !

PS: Xexu... els Asgards li posen el sucre al te seguint aquesta formula per distribuir els grans!! No menyspreis a Thor i als seus amics ! :P

Joan ha dit...

Com a representació mental d'un àtom és molt millor un huracà que l'Atomium de Brusel·les... no hi ha dubte.

La nostra condició humana ens obliga a representar models entenedors on agafar-nos, encara que només sigui per creu'ens, ingenus, que ens aproximen a la realitat.

Clidice ha dit...

La metàfora aclareix una mica, la fórmula ... bé, només em diu què ruca que sóc :P (I dont pill never, però never de never eh!)

Alasanid ha dit...

La metàfora del tornado la trobo molt encertada (per ajudar a entendre la diferència entre òrbita i orbital). Tot i que en un tornado podries parlar d'òrbites, no?

D'altra banda la fórmula m'ha deixat amb un pam de nas i pel que he vist a la wikipedia només serveix per àtoms amb un sol electró!! El que m'espera...

Laia ha dit...

Ufff... la fórmula tira enrere, eh!

I per si fóra poc, després ve quan els orbitals se solapen, els electrons s'exciten i canvien d'orbital... quina ballaruga!

Júlia ha dit...

És Schrödinger (o com s'escrigui), no?

A mi, a primer de farmàcia, em van fer aprendre aquest maldecap de fórmula.
Tot i que agraeixo que m'introduïssin a la física quàntica. És la llet tenir una vaguíssima idea de què estudia aquesta branca tan aïllada del coneixement popular.