Qual é a força que liga os protões no núcleo e que separa um protão e um eletrão num átomo?

Estamos familiarizados com a interação gravitacional e com a interação eletromagnética. Essas são interações de longo alcance. Sabemos que se tivermos 2 cargas elétricas com o mesmo sinal, elas repelem-se, e se tiverem sinais contrários atraem-se. Esta é a interação eletromagnética em ação. Dentro do núcleo atómico, temos protões que estão muito próximos uns dos outros sem se repelirem. Isso parece contraditório. No entanto, dentro do núcleo atómico, há outra força que entra em ação. É a interação forte, que é mais forte que a interação eletromagnética, e é responsável por colar as coisas dentro do núcleo. É uma força de curto alcance e é por isso que não a sentimos fora do núcleo atómico.

De acordo com a interação eletromagnética, um eletrão que se mova à volta de um núcleo atómico deve ser atraído por este (pois têm cargas opostas). No entanto, aqui estamos a lidar com um sistema muito pequeno e a Mecânica Quântica deve ser tida em conta (a ideia clássica de um eletrão a orbitar o núcleo da mesma forma que a Terra orbita o Sol não se mantém aqui).

De acordo com o Princípio da Incerteza de Heisenberg, não podemos saber com precisão exata a posição e a velocidade dos eletrões. Quanto mais soubermos sobre a posição, menos sabemos sobre a velocidade e vice-versa. O melhor que podemos fazer é afirmar que existe uma região em redor do núcleo onde a probabilidade de encontrar o eletrão é de, por exemplo, 95%. Essa região é às vezes chamada de "nuvem eletrónica". Acontece que o raio dessa nuvem eletrónica é muito maior que o raio do núcleo (cerca de 100 000 vezes maior). Assim, a probabilidade de encontrar o eletrão dentro do núcleo é muito menor do que a probabilidade de encontrá-lo noutro lugar dentro da nuvem eletrónica.

A probabilidade de encontrar o eletrão dentro da posição do núcleo é de fato pequena, mas não é zero. Às vezes acontece com alguns elementos químicos. O processo é chamado de captura eletrónica. Por exemplo, um núcleo de berílio pode capturar um eletrão, que uma vez dentro do núcleo se combina com um protão, dando lugar a um neutrão. Isso significa que o núcleo de berílio decai, tornando-se num núcleo de lítio. What is the force that holds protons together in the nucleus and separates proton and electron in an atom? We are familiar with the gravitational interaction and with the electromagnetic interaction. Those are long range interactions. We know that if we have 2 electric charges with the same sign they repel each other and if they have opposite signs then they attract each other. This is the electromagnetic interaction in action. Within the atomic nucleus we have protons which are very close to each other without repelling themselves. This seems contradictory. However, within the atomic nucleus another force comes into play. It is the strong interaction, which is stronger than the electromagnetic interaction, and is responsible for gluing things inside the nucleus. It is a short range force and that is why we do not fell it outside the atomic nucleus.

According to electromagnetic interaction an electron moving around an atomic nucleus should be attracted to it (they have opposite charges). However, we are dealing here with a very small system and quantum mechanics should be taking into account (the classical idea of an electron orbiting the nucleus in the same way that the Earth orbits the Sun does not hold here).

According to the Heisenberg’s Uncertainty Principle we cannot know with the some precision the electrons position and velocity. The more we know about the position the less we know about the velocity and vice-versa. The best we can do is to state that there is a region around the nucleus where the probability of finding the electron is 95%. This region is sometime called "the electronic cloud". It turns out that the radius of this electronic cloud is much larger than the radius of the nucleus (about 100000 times larger). So, the probability of finding the electron within the nucleus is much smaller than the probability of finding it elsewhere within the electronic cloud.

The probability of finding the electron within the nucleus position is in fact small but it is not zero. Sometimes it happens with some chemical elements. The process is called electron capture. For example, a beryllium nucleus can capture an electron, which once inside the nucleus combines with a proton giving as a result a neutron. This means that the beryllium nucleus decays becoming a lithium nucleus.