Scientia

Ştiaţi că materia obişnuită existentă în Univers are la bază numai trei particule fundamentale: quarcul up, quarcul down şi electronul? Cu ajutorul acestor trei constituenţi elementari şi numai al lor ia naştere toată materia organică şi anorganică din Univers. Citiţi articolul următor pentru a afla mai multe detalii (video inclus).

Să începem călătoria noastră în fascinanta lume subatomică remarcând următorul aspect: doar două tipuri de quarcuri sunt întâlnite în compunerea materiei obişnuite. Fizicienii numesc în mod metaforic cele două tipuri "arome" ale quarcurilor. Aceste quarcuri sunt quarcul UP şi quarcul DOWN.

Un proton ia naştere prin alăturarea a două quarcuri up şi a unui quarc down, în timp ce vărul său puţin mai greu, neutronul, este format din două quarcuri down şi un quarc up. Culorile roşu, verde şi albastru asociate quarcurilor simbolizează o proprietate a acestora care intermediază atracţia lor reciprocă. Proprietatea, numită sarcină-culoare, este cea care ţine quarcurile laolaltă în interiorul unui proton ori al unui neutron.

Reprezentare grafică a sarcinii culoare a quarcurilor

Mai departe, protonii şi neutronii se pot combina dând naştere nucleului atomic al fiecărui element din tabelul periodic. Un nucleu format dintr-un singur proton caracterizează atomul de hidrogen, 2 protoni dau naştere heliului, 6 - atomului de carbon, 8 - oxigenului, 79 de protoni conţine nucleul atomului de aur şi 92 cel de uraniu.

Neutronii joacă un rol important în menţinerea laolaltă a protonilor în cadrul nucleului, deci la stabilitatea acestuia. Din cauza sarcinii lor electrice, protonii s-ar respinge mai puternic unii pe alţii în absenţa neutronilor, iar în cazul elementelor chimice mai grele acest lucru ar echivala cu dezintegrarea lor. În cadrul fiecărui element există neutroni în număr aproximativ egal cu cel al protonilor.

Atomii iau naştere atunci când protonii încărcaţi pozitiv din componenţa nucleului capturează electronii de sarcină electrică negativă. Atomii neutri au câte un electron pentru fiecare proton din nucleu, astfel că hidrogenul are un singur electron, care se alătură unicului proton din nucleul de hidrogen, heliul are  2 electroni, carbonul are 6 electroni, oxigenul 8, aurul are 79 de electroni şi uraniul 92.

În natură există aproape 90 de elemente chimice stabile. Cel mai mare dintre acestea poate conţine aproape 800 de particule fundamentale, combinate într-o structură complexă, dar stabilă. Numai că electronii nu se înghesuie pur şi simplu în jurul nucleului atomic. Strania şi minunata lume a atomului respectă şi la nivel cuantic anumite reguli. Electronii sunt dispuşi sub forma unor straturi, substraturi şi orbitali în interiorul atomului şi numai 2 electroni pot ocupa acelaşi orbital. Astfel că, cu cât un atom are mai mulţi electroni, cu atât mai departe de nucleu sunt dispuse straturile exterioare, ceea ce înseamnă că acei electroni sunt mai uşor de desprins din structura atomului părinte.

Şi tocmai diferenţa aceasta de tărie a legăturilor dintre electroni şi nucleu în cadrul fiecărui tip de atom este cea care determină proprietăţile chimice ale respectivului element. Astfel se explică proprietatea metalelor de a transmite electricitatea, disponibilitatea scăzută a gazelor nobile de a forma compuşi chimici, ori formarea moleculelor. S-a constatat că protonii din două sau mai multe nuclee atomice diferite pot uneori să captureze  şi să-şi dispute supremaţia asupra aceluiaşi electron. Când se întâmplă acest lucru, atomii diferitelor elemente se unesc pentru a da naştere moleculelor.

De pildă, acest atom de oxigen pune în comun doi dintre electronii săi cu doi atomi de hidrogen - în acest mod luând naştere o moleculă de apă.

Molecula de apă - un atom de oxigen şi doi de hidrogen (în fundal, o cascadă).

__________
Notă: articolul de mai sus este adaptarea textului folosit în film.
Traducerea: Scientia.ro.
Credit: www.cassiopeiaproject.com.