¿Qué le pasaría a una pieza de cobre si de repente perdiera todos sus electrones de valencia?

Me pregunto cuál sería el resultado si una pieza de cobre perdiera repentinamente todos sus electrones de valencia, o en otras palabras, si una pieza de cobre se convirtiera repentinamente en una colección de cationes de cobre.

Dado que la fuerza de Coulomb entre todos los átomos/cationes de cobre con carga positiva debería comenzar inmediatamente a alejar los aniones de cobre unos de otros, esta pieza de cobre debería expandirse inmediatamente en tamaño físico o tal vez comenzar a desintegrarse, pero ¿qué ocurrirá realmente? realmente no lo se

En cuanto a qué mecanismo podría expulsar repentinamente todos los electrones de valencia dentro de una pieza de cobre, como una tira de cobre, por ejemplo, consulte el dibujo a continuación:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Este dibujo mío muestra un aparato eléctrico conceptual que expulsaría repentinamente los electrones de valencia dentro de una tira de cobre usando dos fuerzas electrostáticas muy fuertes generadas por dos placas paralelas cargadas negativamente. (De antemano, cómo se construiría mecánicamente exactamente este aparato, no tengo idea en este momento. Lo que más me interesa es saber si el principio de funcionamiento es sólido).

Muestra 50 kV como un número de voltaje porque creo que debería generar una fuerza electrostática bastante fuerte, pero realmente no sé esto porque no soy ingeniero eléctrico y mi conocimiento de electrostática, campos eléctricos y fuerzas de Coulomb es muy limitado. Además, este dibujo muestra este aparato dentro de una cámara de vacío para eliminar el efecto dieléctrico que tendría el aire si estuviera presente entre los espacios entre la tira de cobre y las placas paralelas.

El principio de funcionamiento de este aparato es que una vez que se enciende la fuente de alimentación HV DC, los electrones de valencia dentro de la tira de cobre se comprimirán repentinamente hacia su centro y deberían salir rápidamente de la tira de cobre a través de un cable de tierra adjunto que sería soldada al centro de la misma.

Esta expulsión repentina de electrones de valencia debería convertir instantáneamente la tira de cobre en una colección de cationes de cobre y la fuerza de Coulomb que actúa entre todos estos cationes debería dar como resultado algún tipo de cambio físico repentino en la tira de cobre.

Esta no es una pregunta de tarea. Lo pregunto simplemente por mi propia curiosidad científica y para mejorar mi comprensión general de la electrostática.

¿Qué le pasaría a una pieza de cobre si de repente perdiera todos sus electrones de valencia?

EDITAR

Todos los electrodos tendrían que estar recubiertos con una capa gruesa de un material aislante eléctrico que detuviera cualquier corriente eléctrica entre los electrodos pero que también tuviera una constante dieléctrica baja para permitir el paso de la fuerza electrostática.

También tendría que ser un material que pudiera soportar voltajes eléctricos muy altos para que no tenga una ruptura dieléctrica rápida. Creo que el único material que podría usarse es el diamante. Si todos los electrodos pudieran recubrirse con una capa gruesa de película de polidiamante, entonces creo que este experimento con cobre funcionaría.

La palabra "explotar" salta a la mente. :-)
Hay un error en tu dibujo. Etiquetó la caja de "fuente de alimentación" como "100kV", pero las placas que están unidas a ella están etiquetadas como "0V" y "50kV". Si la fuente de alimentación creó una diferencia de potencial de 100 kV, entonces debería haber dos objetos en su dibujo en algún lugar que tengan una diferencia de potencial de 100 kV entre ellos.
También tenga en cuenta que usó el símbolo "⏚" en su dibujo, pero luego también etiquetó otras partes de su dibujo con "0V". Pero esas etiquetas significan lo mismo. "⏚" (también conocido como "tierra") en un diagrama esquemático electrónico significa "0V". (PS, en realidad no necesita las placas rojas "0V" en absoluto. Simplemente conectar la barra de cobre a la fuente de alimentación como se muestra será suficiente para agotar los electrones. Lo que ha construido de manera efectiva es un condensador de vacío , y la barra de cobre es (parte de) su placa positiva.
PPS, 50kV o 100kV no es lo suficientemente cerca como para hacer que suceda algo interesante. Puede obtener voltajes como ese simplemente caminando sobre una alfombra de lana en un día seco de invierno. Consulte la respuesta de Andrew Steane (a continuación) para conocer algunos números "interesantes".
@SolomonSlow, gracias por señalar esos defectos en mi dibujo y en mi diseño general. Lo único que puedo decir es que no soy ingeniero eléctrico, así que tendría que consultar con uno para construir correctamente algo como esto. Además, no estoy seguro de qué tan alto debería ser el voltaje para forzar a los electrones de valencia a salir de la tira de cobre.

Respuestas (1)

Aquí hay una respuesta rápida al dorso del sobre. Te recomiendo que pruebes tus propias estimaciones para obtener más información.

Digamos que tenemos una décima parte de un mol de cobre, y solo quitamos un electrón por átomo. Entonces el cobre restante lleva una carga positiva de

q = 0.1 norte A mi ≃ 9700 C o tu yo o metro b
Eso es un cargo enorme. Presentará enormes fuerzas. Por ejemplo, si se extiende sobre 100 centímetros cuadrados, el campo eléctrico cercano será del orden
σ ϵ 0 = q A ϵ 0 ≃ 10 17 v o yo t s pag mi r metro mi t mi r
¡No te acerques a un objeto así! Este campo te destrozará.

Y este es también el campo que tendrás que suministrar para eliminar todos esos electrones.

Ahora considere uno de los iones de cobre. El campo a una distancia de un radio atómico de una carga de 1 mi es

mi 4 π ϵ 0 r 2 ≃ 10 11 v o yo t s pag mi r metro mi t mi r
Esto significa que si puede proporcionar el campo mencionado anteriormente, también encontrará que este campo es lo suficientemente fácil como para separar la estructura de nivel atómico del bloque de cobre. Los iones de cobre se separarán y golpearán rápidamente las paredes de su laboratorio. Allí recogerán electrones, si no lo han hecho ya en su viaje por el aire.

Pero no podrá generar estos campos usando materiales ordinarios. Los electrodos comenzarán a producir chispas mucho antes de llegar a estos niveles. Podrías hacerlo usando pulsos láser intensos. Lo que tiende a suceder en la práctica en ese caso es que el pulso láser crea un plasma en la superficie del cobre.

Por supuesto, es posible que desee modificar su concepto a algo más factible. Entonces los números cambiarán. Ciertamente, es posible eliminar la carga de un trozo de metal mediante el uso de un fuerte campo eléctrico. Es solo que extraer todos los electrones de valencia es bastante ambicioso (para ser una subestimación).

Estoy pensando que encerrar todos los electrodos (placas paralelas) en vidrio debería evitar que produzcan chispas porque el vidrio es un excelente aislante y aún así permite que pase una carga electrostática a través de él. Estaba pensando en mostrar los electrodos encerrados dentro del vidrio en mi dibujo, pero no quería que el dibujo fuera demasiado complejo para entenderlo fácilmente.
Además, votaría a favor de su respuesta, pero no puedo hacerlo debido a que tengo un puntaje de reputación bajo.
@ user255577 El vidrio sufrirá una ruptura dieléctrica mucho antes de llegar a esas intensidades de campo eléctrico (fuerza dieléctrica de solo aproximadamente 4 × 10 7 V/m). En esos niveles, es poco probable que encuentre algún material que no se haya descompuesto para entonces.
@Triatticus, creo que quizás solo un diamante no sufriría una ruptura dieléctrica. Es un aislante eléctrico y tiene una constante dieléctrica muy baja. Si todos los electrodos pudieran recubrirse con una película gruesa de polidiamante, sería posible que soportaran intensidades de campo eléctrico muy altas.
Consulte este artículo para obtener una descripción de una "explosión de culombio".
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