Il principio di Pauli ovvero perche’ la materia e’ solida

Introduzione: Mostra come gli elettroni vengono aggiunti all’atomo man mano che si procede nella tabella periodica degli elementi

Cose da fare: Cliccate sulla casella dell’elemento nella tabella periodica per vedere come si dispongono gli elettroni nell’atomo.
Cliccando sull’apposito tasto e’ possibile zoomare sul nucleo.

Cosa succede: Il fatto che la materia pur essendo fatta di atomi composti per la maggior parte di spazio vuoto, sia cosi’ solida, ha una spiegazione sorprendente scoperta proprio da Pauli un fisico di Zurigo.
Pauli ragiono’ secondo queste linee di pensiero: se noi abbiamo due gemelli assolutamente identici, allora l’unico modo per distinguerli e’ di disporli in posti differenti.
Ebbene gli elettroni nell’atomo sono assolutamente identici e per questa ragione sono costretti a disporsi su traiettorie diverse e rendere cosi’ la materia solida.
Entrando nei dettagli, Wolfgang Pauli si chiese: dato che le particelle elementari sono assolutamente identiche l’una all’altra, possiamo metterle nello stesso posto? Dipende … Particelle come gli elettroni devono stare in posti diversi, mentre altre particelle come i fotoni della luce, amano stare nello stesso posto.Le particelle cui piace stare da soli sono dette fermioni, quelle cui piace vivere assieme, bosoni.Pauli in particolare scopri’ che due o piu’ elettroni possono occupare lo stesso posto solo se hanno qualche altra quantita’ differente. Queste quantita’ che contraddistinguono gli elettroni sono dette in gergo numeri quantici mentre il luogo dove piu’ elettroni convivono intorno all’atomo e’ detto orbitale. Tutti gli elettroni in un atomo hanno numeri quantici differenti. Ed ecco le regole di coesistenza degli elettroni in un atomo codificate dal principio di esclusione:

  1. 2 o piu’ elettroni non possono stare nello stesso spazio allo stesso tempo.
  2. lo stato di un elettrone (inclusa la posizione) e’ descritto da 4 numeri quantici
  3. l’unico modo per due elettroni di condividere lo stesso orbitale e’ quello di avere lo spin (uno dei quattro numeri quantici) opposto.

Una descrizione dettagliata la trovate per ora (in attesa della traduzione) solo nel sito originale (in inglese) cliccando a sinistra sopra “Elements as atoms”.

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Altri applet di fisica atomica

Il materiale ha come indirizzo http://www.mi.infn.it/~phys2000/applets/a2.htmle fa parte della raccolta Physics 2000, un viaggio interattivo nella fisica moderna

Versione originale del materiale: David’s Whizzy Periodic Table dalla raccolta Physics 2000

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