A impenetrabilidade química é uma propriedade que possui o estofo que não permite que dois corpos estejam no mesmo lugar e ao mesmo tempo simultaneamente. Também pode ser visto como a característica de um corpo que, junto com outra qualidade chamada extensão, é precisa na descrição da matéria.
É muito fácil imaginar essa definição no nível macroscópico, onde um objeto ocupa visivelmente apenas uma região no espaço e é fisicamente impossível que dois ou mais objetos estejam no mesmo lugar ao mesmo tempo. Mas, no nível molecular, algo muito diferente pode acontecer.
Nessa área, duas ou mais partículas podem habitar o mesmo espaço em um determinado momento ou uma partícula pode ser encontrada "em dois lugares" ao mesmo tempo. Esse comportamento no nível microscópico é descrito por meio das ferramentas fornecidas pela mecânica quântica.
Nesta disciplina, diferentes conceitos são agregados e aplicados para analisar as interações entre duas ou mais partículas, estabelecer propriedades intrínsecas da matéria (como a energia ou as forças envolvidas em um determinado processo), entre outras ferramentas extremamente úteis.
A amostra mais simples de impenetrabilidade química é observada em pares de elétrons, que geram ou formam uma "esfera impenetrável".
O que é impenetrabilidade química?
A impenetrabilidade química pode ser definida como a habilidade de um corpo em resistir ao seu espaço ser ocupado por outro. Em outras palavras, é a resistência que a matéria deve ser cruzada.
No entanto, para serem considerados impenetráveis, eles devem ser corpos de matéria comum. Nesse sentido, os corpos podem ser percorridos por partículas como os neutrinos (classificados como matéria não comum) sem afetar sua natureza impenetrável, uma vez que nenhuma interação com a matéria é observada.
Propriedades
Ao falar das propriedades da impenetrabilidade química, deve-se falar da natureza da matéria.
Pode-se dizer que, se um corpo não pode existir nas mesmas dimensões temporais e espaciais de outro, esse corpo não pode ser penetrado ou trespassado pelo mencionado acima.
Falar de impenetrabilidade química é falar de tamanho, pois isso significa que os núcleos dos átomos que têm dimensões diferentes mostram que existem duas classes de elementos:
- Metais (possuem grandes núcleos).
- Não metálicos (têm núcleos de pequeno tamanho).
Isso também está relacionado à capacidade desses elementos serem percorridos.
Assim, dois ou mais corpos dotados de matéria não podem ocupar a mesma área no mesmo instante, porque as nuvens de elétrons que constituem os átomos e moléculas atuais não podem ocupar o mesmo espaço ao mesmo tempo.
Este efeito é gerado para pares de elétrons sujeitos a interações de Van der Waals (força pela qual as moléculas se estabilizam).
Causas
A principal causa da impenetrabilidade observável no nível macroscópico vem da existência da impenetrabilidade existente no nível microscópico, e isso também acontece o oposto. Desta forma, diz-se que esta propriedade química é inerente ao estado do sistema em estudo.
Por esta razão, é utilizado o Princípio de Exclusão de Pauli, que apóia o fato de que partículas como os férmions devem estar localizadas em níveis diferentes para fornecer uma estrutura com o mínimo de energia possível, o que implica que ela tenha a máxima estabilidade possível.
Assim, quando certas frações da matéria se aproximam, essas partículas também o fazem, mas há um efeito repulsivo gerado pelas nuvens de elétrons que cada uma possui em sua configuração e as torna impenetráveis umas às outras.
No entanto, essa impenetrabilidade é relativa às condições da matéria, pois se estas forem alteradas (por exemplo, estar sujeito a pressões ou temperaturas muito altas) essa propriedade também pode mudar, transformando um corpo para torná-lo mais suscetível a ser atravessado por de outros.
Exemplos
Fermions
Pode-se contar como exemplo de impenetrabilidade química o caso de partículas cujo número quântico de spin (ou spin, s) é representado por uma fração, que são chamados de férmions.
Essas partículas subatômicas exibem impenetrabilidade porque dois ou mais férmions exatamente os mesmos não podem ser colocados no mesmo estado quântico ao mesmo tempo.
O fenômeno descrito acima é explicado mais claramente para as partículas mais conhecidas desse tipo: os elétrons em um átomo. De acordo com o Princípio de Exclusão de Pauli, dois elétrons em um átomo polieletrônico não podem ter os mesmos valores para os quatro números quânticos (n, l, mys).
Isso se explica da seguinte maneira:
Assumindo que há dois elétrons ocupando o mesmo orbital, e é apresentado o caso de que eles têm valores iguais para os três primeiros números quânticos (n, le m), então o quarto e último número (s) quântico (s) devem ser diferentes em ambos os elétrons.
Ou seja, um elétron deve ter um valor de spin igual a ½ e o do outro elétron deve ser -½, porque isso implica que ambos os números quânticos de spin são paralelos e na direção oposta.
Referências
- Heinemann, FH (1945). Toland e Leibniz. The Philosophical Review.
- Crookes, W. (1869). Um curso de seis palestras sobre as mudanças químicas do carbono. Recuperado de books.google.co.ve
- Odling, W. (1869). The Chemical News and Journal of Industrial Science: (1869: janeiro-junho). Recuperado de books.google.co.ve
- Bent, HA (2011). Molecules and the Chemical Bond. Recuperado de books.google.co.ve