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¿Tiene una molécula o un átomo una densidad?

En un laboratorio de ciencias que hice hace poco, colocamos velas de cera en dos líquidos diferentes para ver si flotaban o se hundían. En un líquido, la vela flotaba, y en el otro se hundía. Cambiamos las velas para confirmar que la causa era la diferencia de densidad de las velas y de los dos líquidos. Nos dieron una breve tarea al respecto, de la que surgió mi pregunta.

La pregunta de los deberes que me hizo pensar (Esta no es mi pregunta, es lo que me llevó a ella) fue preguntar si había un límite en cuanto a lo pequeño que se podía hacer la vela y seguir comportándose de la misma manera en cada uno de los líquidos. Consideré que si había dos o más moléculas, la vela seguiría teniendo densidad debido a que hay una cantidad de espacio entre ellas, o una densidad, y por lo tanto se comportaría de la misma manera. Sin embargo, no estoy seguro de si una sola molécula o átomo tendría una densidad o no, ya que es una sola partícula en el espacio con propiedades reales.

Así que, simplificando, la pregunta es el título. ¿Tiene una molécula/átomo una densidad? ¿Por qué?

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JRT Puntos 97

La gran mayoría de la masa de un átomo (normalmente alrededor de $99.975$ %) está en el núcleo, así que cuando consideramos la densidad de algún material ésta es básicamente el número de núcleos por metro cúbico (multiplicado por la masa de un solo núcleo).

Para los grumos macroscópicos de sólidos, líquidos y gases, el espacio medio entre los núcleos está bien definido, por lo que el número de núcleos por metro cúbico es una cantidad bien definida. Hasta aquí todo bien.

Para un solo átomo, el número de núcleos está bien definido, pero ¿cómo podemos definir el espacio entre núcleos cuando sólo hay un núcleo? El núcleo en sí tiene un diámetro de aproximadamente un femtómetro, pero si calculamos la densidad utilizando este tamaño obtenemos una densidad absurdamente alta (aproximadamente la densidad de una estrella de neutrones, de hecho). La nube de electrones que rodea al núcleo no tiene un borde bien definido, por lo que no hay ninguna tamaño para el átomo. Por lo general, utilizaremos el radio covalente pero esto es sólo la mitad del espacio nuclear en un sólido/líquido, así que es una trampa. Estamos haciendo que la densidad del átomo sea la misma que la densidad del sólido/líquido por definición.

Así que creo que tendríamos que concluir que la densidad de un solo átomo no es una cantidad bien definida. Por un lado, no podemos definirla en absoluto si insistimos en que la densidad significa núcleos por unidad de volumen, y por otro lado, podemos convertirla en cualquier valor que queramos eligiendo cómo definimos el tamaño del átomo.

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