Co by się stało, gdyby usunąć elektrony z kawałka materii?

Pytanie

Pyta Anonim

Co by się stało, gdyby usunąć elektrony z kawałka materii?

Odpowiedź

Odpowiada Jan Gaj

Najprostsza odpowiedź

Eksplodowałby. Pozbawione elektronów dodatnio naładowane elektrycznie jądra atomów odpychałyby się. Rozbiegłyby się więc natychmiast na wszystkie strony z ogromnymi prędkościami. Energia takiego wybuchu mogłaby być większa niż energia wyzwalana przy spalaniu węgla czy nawet wybuchu trotylu.

Jak to obliczyć?

Wyobraźmy sobie kulkę przewodzącą o promieniu r. Ma ona pojemność elektryczną C = 4per, gdzie e = 8,85×10-12 F/m. Ładunek znajdujących się w niej elektronów to Q = -(4/3)pr3 ZrF/m (wyjaśnienie symboli poniżej). Po usunięciu elektronów kulka uzyska taki sam co do wartości ładunek dodatni, a więc energię naładowanej nim pojemności E = Q2/( 2C ). Podstawiając dane liczbowe dla miedzi (gęstość r = 9 g/cm3, m = 63,5 g/mol) i ograniczając się do najsłabiej związanych elektronów przewodnictwa (po dwa na atom, Z = 2) oraz pamiętając, że ładunek jednego mola elektronów czyli stała Faradaya wynosi F = 96 500 C, otrzymujemy dla kulki o promieniu jednego mikrometra E = 59 J. To całkiem dużo, jak na takie maleństwo!

Czy to można zrobić?

Nie tylko można, ale często robi się to w laboratoriach. W tym celu kieruje się na drobinę materii niezwykle silny impuls światła laserowego. Dostarcza on energii potrzebnej do usunięcia elektronów. Takie zjawisko nosi nazwę eksplozji kulombowskiej i jest najczęściej badane dla pojedynczych cząsteczek. Po „odarciu” cząsteczki z elektronów fizycy śledzą losy rozbiegających się dodatnich jonów. Specjalistyczny artykuł po angielsku na ten temat można znaleźć na przykład pod adresem http://www.iop.org/EJ/abstract/0953-4075/39/13/S23/