Какой заряд имеет атом потерявший один электрон
Перейти к содержимому

Какой заряд имеет атом потерявший один электрон

Что у атома внутри

Рисунок Марии Усеиновой («Квантик» №11, 2018)

Слово «атом» по-гречески значит ‘неделимый’. Ещё древние греки придумали идею, что всё на свете, как из кирпичиков, сложено из крошечных «кусочков» — атомов. Но это было лишь одно из возможных предположений. Что это за кусочки и существуют ли они, никто не знал до XIX века, когда химики разобрались, что такое молекула, и составили список видов атомов — таблицу химических элементов 1 .

А в самом конце XIX века вдруг выяснилось, что атом вовсе не неделимый! Он состоит из крошечного тяжёлого ядра и очень лёгких электронов, крутящихся вокруг. Потом оказалось, что и ядро можно разделить на части (хотя и очень трудно!): оно состоит из двух очень похожих видов частиц — протонов и нейтронов. Их массы почти равны, а у электрона масса почти в 2000 раз меньше (соотношение примерно как между человеком и мышкой).

Главное различие между этими частицами в том, что протоны притягивают электроны (и сами к ним притягиваются). А два протона (или два электрона) отталкиваются друг от друга с такой же силой. Эти силы называются электрическими. Нейтроны же вовсе не притягивают электроны, да и между собой и с протонами хоть и взаимодействуют, но совсем по-другому (про это мы скажем чуть ниже): в электрическом взаимодействии они не участвуют.

Договорились считать 2 , что у протонов положительный электрический заряд, у электронов — отрицательный. А у нейтронов электрический заряд — ноль. Получается правило: одинаковые по знаку заряды отталкиваются, заряды разного знака — притягиваются.

Рисунок Марии Усеиновой («Квантик» №11, 2018)

Не путайте электрическую силу с гравитационным притяжением! В самом деле, все тела, имеющие массу, притягивают друг друга. Но эта сила крошечная даже для таких «средне-тяжёлых» тел, как, например, мы с вами. Большая она только тогда, когда одно из тел очень тяжёлое — звезда, планета или хотя бы астероид. А сила гравитационного притяжения протонов (и тем более протона и электрона) ничтожна.

Электрическая сила, напротив, очень велика: если бы можно было закрепить в каком-то месте протон (и воздух, конечно, убрать), а в трёх сантиметрах над ним поместить другой протон, то второй протон не упал бы вниз, а полетел бы вверх — отталкивание одного протона сильнее гравитационного притяжения всей Земли!

Обычно вещи вокруг нас не имеют электрического заряда — в них столько же электронов, сколько и протонов. Но от некоторых атомов электроны довольно легко отрываются. И вот если отодрать от атомов одного предмета тысячу или миллион-другой электронов и «прицепить» к атомам другого предмета, эти два предмета окажутся заряжены: один — положительно (в нём протонов больше, чем электронов), а другой — отрицательно (в нём лишние электроны). А ведь тысяча протонов, если они рядом, притягивают каждый электрон в тысячу раз сильнее, чем один протон. И начнут эти два предмета притягиваться друг к другу. Случалось вам видеть что-нибудь похожее? Например, когда вы старательно причёсываетесь пластмассовой расчёской, а волосы сами собой поднимаются ей навстречу?

И ещё. В отличие от, например, животных одного вида, которые всё-таки немножко отличаются друг от друга, все протоны (или все нейтроны, или электроны) совершенно одинаковы. Так что, например, электрон, «потерявший» свой атом, уже не сможет найти его среди других таких же.

Задача 1

Взяли две пары маленьких незаряженных шариков. В первой паре от атомов одного шарика «оторвали» 100 электронов и «посадили» их на второй шарик. Во второй паре то же самое сделали с тысячей электронов. Потом шарики в каждой паре разнесли на одно и то же довольно большое расстояние. (Пары далеко друг от друга, гораздо дальше, чем шарики в каждой паре.) Будут ли шарики каждой пары притягиваться или отталкиваться? В какой паре сила их взаимодействия больше и во сколько раз?

Шарики каждой пары притягиваются, во второй паре притяжение сильнее в 100 раз. Действительно, во втором случае «без электрона» осталось 1000 протонов, в 10 раз больше, чем в первом. Они притягивают каждый «убежавший» электрон в 10 раз сильнее. Но и «убежавших» электронов во втором случае в 10 раз больше! Значит, суммарная действующая на них сила отличается в 100 раз.

Заметим, что остальные, «неразлучённые» протоны и электроны тоже притягивают или отталкивают каждую заряженную частицу, но их действие скомпенсировано: с какой силой протон притягивает, с такой же электрон рядом с ним отталкивает, или наоборот.

Электрическое притяжение к протонам и держит электроны в атоме, не даёт им улететь. Как мы вскоре убедимся, оно же скрепляет атомы в молекулы. Но не только! Оно же заставляет молекулы одних тел действовать на молекулы других. Если не считать силы гравитационного притяжения, с которой все мы знакомимся с детства (глядя, как падают на пол выпущенные из руки игрушки), все остальные наблюдаемые нами физические явления вызваны как раз электрической силой. Упругость пружины, трение, прилипание разных вещей друг к другу или, наоборот, их взаимное отталкивание — за всё это отвечает взаимодействие электронов одних атомов с ядрами и электронами других.

Но вернёмся к нашим атомам. В нормальной ситуации атом электронейтрален, то есть не имеет заряда: у него электронов столько, сколько протонов в ядре. Если это не так (например, кто-то похитил у атома электрон или атом где-то захватил себе чужой), такой «калечный» атом называется ионом. Тогда он заряжен — положительно, если электронов не хватает, и отрицательно, если есть лишние.

Рисунок Марии Усеиновой («Квантик» №11, 2018)

Протоны притягивают к себе электроны и заставляют их вертеться вокруг ядра, не улетая далеко. А нейтроны в электрическом взаимодействии не участвуют. Зачем же они тогда нужны? Затем, чтобы «склеивать» протоны в ядре — ведь протоны отталкиваются друг от друга электрическими силами, и без нейтронов они бы разлетелись в разные стороны! Силы, которыми нейтроны удерживают протоны вместе, — уже не электрические. Они действуют только на очень маленьких расстояниях — внутри ядра 3 .

Теперь можно догадаться, чем отличаются друг от друга разные сорта атомов: у них разное количество электронов. И, соответственно, протонов в ядре. Номер элемента в таблице Менделеева (число, написанное крупно в правом верхнем углу каждой клетки) — это число протонов в атомах этого элемента. А как узнать количество нейтронов? По массе атома, ведь массы протонов и нейтронов равны! Например, в атоме водорода — самом маленьком и самом лёгком — всего один протон. А в ядре атома гелия два протона, и при этом атом гелия в 4 раза тяжелее атома водорода. Электроны не в счёт — значит, в ядре гелия 2 нейтрона!

Рисунок Марии Усеиновой («Квантик» №11, 2018)

Масса атома — в единицах массы водорода — написана в каждой клетке внизу 4 . Легко убедиться, что у нетяжёлых атомов нейтронов примерно столько же, сколько протонов. А у тяжёлых — нейтронов больше: всё труднее становится удерживать всю эту громоздкую конструкцию.

Таблица Менделеева («Квантик» №10, 2018)

Но почему эта масса нецелая? Не может же, например, у хлора быть 18 с половиной нейтронов? Конечно, нет. Просто это значит, что в природе бывают атомы с 17 электронами, 17 протонами и 18 нейтронами, а бывают такие, у которых электронов и протонов столько же, а число нейтронов отличается. И те и другие — атомы хлора, ведь электронов и протонов столько же. Такие «подвиды» атомов одного вида называют изотопами. В таблице Менделеева написана средняя масса атомов каждого вида (с учётом распространённости их изотопов).

В большинстве клеток средняя масса близка к целому числу. Это значит, что, как правило, в природе больше всего какого-то одного изотопа атомов каждого вида, а атомы с другим количеством нейтронов встречаются не так уж часто. Почти всегда можно не обращать на них внимания и округлять массу до ближайшего целого числа.

Когда хотят уточнить, какой именно изотоп имеется в виду, заряд ядра и его массу пишут прямо рядом с названием элемента: например, \(<>^<1>_<1>\mathrm\) — обычный водород; \(<>^<2>_<1>\mathrm\) — тяжёлый водород, он же дейтерий; \(<>^<3>_<1>\mathrm\) — сверхтяжёлый водород, тритий.

Ну-ка, проверим — всё ли понятно?

Задача 2

Сколько у атома \(<>^<12>_<6>\mathrm\) электронов, протонов и нейтронов? А у атома \(<>^<23>_<11>\mathrm\)? А у атома \(<>^<197>_<79>\mathrm\)? У каких атомов 30 нейтронов? (Считаем только основные, самые распространённые изотопы каждого элемента.)

\(<>^<12>_<6>\mathrm\) — 6 электронов, 6 протонов, 6 нейтронов; \(<>^<23>_<11>\mathrm\) — 11 электронов, 11 протонов, 23−11 = 12 нейтронов; \(<>^<197>_<79>\mathrm\) — 79 электронов, 79 протонов, 197−79 = 118 нейтронов; у марганца \(<>^<55>_<25>\mathrm\) и железа \(<>^<56>_<26>\mathrm\).

Задача 3

Если 1 кг воды «расщепить» на кислород и водород, сколько получится граммов газа кислорода?

В молекуле воды на каждый атом кислорода приходится 2 атома водорода. Но в атоме кислорода 8 протонов + 8 нейтронов, он весит в 16:2 = 8 раз больше, чем оба эти атома водорода, вместе взятые (в них ведь всего по одному протону). Значит, на атомы кислорода приходится 8/9 всей массы воды. Когда атомы кислорода «отцепятся» от атомов водорода и «слепятся» по два в молекулы кислорода О2, их суммарная масса останется прежней: 8/9 кг.

Задача 4

Во что превратится атом кислорода \(<>^<16>_<8>\mathrm\), если добавить в его ядро один нейтрон? А если убрать один протон?

Если добавить нейтрон, получится тяжёлый изотоп кислорода, \(<>^<17>_<8>\mathrm\). А вот если убрать один протон, получится 7 протонов в ядре — это уже не кислород, а азот, хотя и тяжёлый его изотоп \(<>^<15>_<7>\mathrm\). Если при этом ни один электрон не улетит, это будет к тому же отрицательно заряженный ион: электронов больше, чем протонов. Впрочем, появление нового или потеря одного из имеющихся электронов случается с атомами гораздо чаще, чем изменение состава ядра.

Задача 5

У хлора два распространённых изотопа. Более редкий из них имеет 20 нейтронов. Во сколько раз изотопов хлора-37 в природе меньше, чем изотопов хлора-35?

Если бы был только изотоп \(<>^<35>_<17>\mathrm\), масса всех атомов составляла бы 35 масс протона (или нейтрона). В среднем, как мы видели из таблицы Менделеева, на каждый атом хлора приходится примерно 35,5, то есть 0,5 «лишних» нейтрона. А в каждом атоме тяжёлого изотопа \(<>^<37>_<17>\mathrm\) два лишних нейтрона. Значит, чтобы в среднем была половина, тяжёлым должен быть каждый четвёртый атом.

(Более аккуратный подсчёт по указанному в таблице значению средней массы, (35,45−35):2 = 0,225, не даёт более точной оценки — ведь есть ещё другие изотопы хлора. Хоть их и совсем мало, но точнее сосчитать они помешают.)

Итак, изотоп \(<>^<37>_<17>\mathrm\) составляет около 1/4 всего имеющегося в природе хлора, а \(<>^<35>_<17>\mathrm\) — остальные 3/4. Поэтому изотопа \(<>^<37>_<17>\mathrm\) в 3 раза меньше.

Контрольная задача

Есть 3 списка: 1) азот, никель, алюминий, железо, медь, гелий; 2) вода, метан, поваренная соль, спирт, сахар, аспирин; 3) дерево, воздух, бумага, нефть, водка, гранит. Что общего в материалах внутри каждого списка и в чём отличие списков друг от друга? По какому принципу собраны эти списки?

В первом списке молекулы состоят из одинаковых атомов (атомов только одного вида); во втором — каждая молекула состоит из разных атомов, но все молекулы одинаковы. В третьем — вещества состоят из смеси молекул разных видов.

Рисунок Марии Усеиновой («Квантик» №11, 2018)

Художник Мария Усеинова

1 А разобрались ли вы? Для проверки и чтобы понять, как непросто было до всего этого догадаться, предлагаем вам решить «контрольную задачу» в конце статьи.

2 Вообще-то, когда договаривались, про электроны и протоны ещё ничего не знали — это было лет за 150 до их открытия. Тогда положительным назвали заряд, который получается на стекле, если его потереть шёлковой тряпочкой. Теперь мы знаем, что электроны со стекла «убегают» на шёлк.

3 Зато на этих маленьких расстояниях они очень большие — надо ведь «победить» электрическое отталкивание! Поэтому они так и называются — «сильные силы» (strong force), сильное взаимодействие.

4 Тут мы чуть-чуть обманываем читателя, но это не беда: дальше придётся обманывать ещё сильнее.

Что такое нейтральный атом? (С примерами)

нейтральный атом это то, что испытывает недостаток в электрическом заряде из-за компенсации между числом его протонов и электронов. Оба являются электрически заряженными субатомными частицами.

Протоны агломерированы рядом с нейтронами и составляют ядро; в то время как электроны рассеиваются путем определения электронного облака. Когда число протонов в атоме, равное его атомному номеру (Z), равно числу электронов, говорят, что между электрическими зарядами внутри атома есть компенсация.

Например, есть атом водорода (верхнее изображение), в котором есть протон и электрон. Протон расположен в центре атома как его ядро, в то время как электрон вращается вокруг окружающего пространства, оставляя области с меньшей электронной плотностью по мере удаления от ядра..

Это нейтральный атом, потому что верно, что Z равно числу электронов (1p = 1e). Если бы атом Н потерял этот единственный протон, атомный радиус уменьшился бы, и заряд протона превалировал бы, превращаясь в катион Н. + (Hydron). С другой стороны, если он получит электрон, то будет два электрона и он станет анионом H — (Гидридные).

  • 1 нейтральный атом против иона
    • 1,1 Na против Na+
    • 3.1 Кислород
    • 3.2 Медь
    • 3.3 Благородные газы
    • 3.4 Металлические сплавы

    Нейтральный атом против иона

    На примере нейтрального атома H было установлено, что число протонов равно числу электронов (1p = 1e); ситуация, которая не происходит с ионами, полученными потеря или усиление электрона.

    Ионы образуются в результате изменения числа электронов, потому что атом выигрывает их (-) или теряет их (+).

    В атоме катиона Н + Валентный заряд одиночного протона преобладает перед полным отсутствием электрона (1p> 0e). Это верно для всех других более тяжелых атомов (np> ne) периодической таблицы.

    Хотя наличие положительного заряда может показаться незначительным, оно по диагонали меняет характеристики рассматриваемого элемента.

    С другой стороны, в атоме аниона Н — Отрицательный заряд двух электронов преобладает перед одноядерным протоном (1р + и H — они полностью отличаются от H.

    На против На +

    Более известным примером является металлический натрий. Его нейтральный атом Na с Z = 11 имеет 11 протонов; следовательно, должно быть 11 электронов для компенсации положительных зарядов (11p = 11e).

    Натрий, будучи металлическим элементом, обладает высокой электроположительностью, очень легко теряет свои электроны; в этом случае он теряет только одну — свою валентную оболочку (11p> 10e). Таким образом, образуется катион Na + , который электростатически взаимодействует с анионом; как хлорид, Cl — , в соли натрия хлорид, NaCl.

    Металлический натрий ядовит и разъедает, в то время как его катион присутствует даже внутри клеток. Это показывает, как свойства элемента могут резко меняться, когда он получает или теряет электроны.

    С другой стороны, анион Na — (soduro, гипотетически) не существует; и чтобы быть в состоянии сформироваться, это было бы чрезвычайно реактивно, так как это против химической природы натрия, чтобы получить электроны. На — будет иметь 12 электронов, превосходящих положительный заряд его ядра (11p + , с другой стороны, он имеет атом кислорода с частичным положительным зарядом. Это означает, что в этом многоатомном ионе он теряет электрон, и поэтому его число протонов больше, чем у его электронов..

    примеров

    кислород

    Нейтральный атом кислорода имеет 8 протонов и 8 электронов. Когда он получает два электрона, он образует так называемый оксид аниона, ИЛИ 2- . В нем преобладают отрицательные заряды, имеющие избыток двух электронов (8р + , или медь, Cu 2+ , соответственно.

    Катион Cu + имеет на один электрон меньше (29р 2+ потерял два электрона (29p

    Задание № 2 От атома гелия отделился один электрон. Как называется оставшаяся частица? Каков ее заряд?

    Атом, потерявший один электрон, называется положительным ионом и имеет положительный заряд.

    Домашняя работа по физике за 8 класс к учебнику «Физика. 8 класс» А.В.Перышкин, Н.А.Родина Решебник по физике за 8 класс (А.В.Перышкин, Н.А.Родина, 1998 год),
    задача №2
    к главе «Раздел III. Электрические явления. § 30 Упражнение 13».

    Внутри атома: электроны

    Атом… Внутри него обитает нечто такое, что человечество называет «электричеством» и использует повсеместно для быта, производства — в общем, в течение многих аспектов жизни.

    Выясняя природу электрических процессов, на прошлом уроке мы пришли к заключению, что материя всего нас окружающего на мельчайшем уровне состоит из молекул, которые в свою очередь состоят из атомов. Как при этом оказалось, атом не является мельчайшим «строительным блоком». Он состоит из элементов, именуемых протонами, нейтронами и электронами. Протоны и нейтроны, в свою очередь, располагаются в «сердцевине» — в ядре. А электроны располагаются по орбитам вокруг этого ядра, словно планеты, вращающиеся вокруг солнца.

    Каждый объект, каждая вещь, каждый предмет отличаются друг от друга лишь количеством «начинки» атомов. Добавьте один лишний электрон и один протон, и кислород превратится во фтор.

    Ну, и стоит подметить, что не даром все же модель атома, которую мы видели на примере атома кислорода, в упрощенном варианте называется планетарной. Просто сравните, как визуально похоже атомное устройство материи с Солнечной системой. И что самое интересное, внутри каждого вещества есть атомы, неизменно состоящие из протонов, нейтронов и электронов.

    Заряд частиц

    Также, что мы выяснили мимоходом, в ходе опытных экспериментов ученые обнаружили одну любопытную вещь. Частички атома испускают вихревой поток гравитонов, который получил название «заряд». Заряд — фундаментальное свойство материи, такое же, как, например, масса. Он просто существует. Таков замысел природы. А по физическим свойствам заряд, переносимый электроном, отличается от заряда, переносимого протоном. Что примечательно, нейтрон подобным свойством не обладает вовсе.

    Поэтому заряду было придумано удобное, во многом математическое определение:

    Заряд частиц
    Электрон Протон Нейтрон
    Отрицательный Положительный Нейтральный

    Получается, что нейтрон по сравнению с электроном или протоном, образно говоря, нейтральный. Заряда будто бы нет, такой заряд можно принять за условный $0$. Заряд электрона удобно считать отрицательным, а протона — положительным.

    Важно понимать!

    Это лишь условность, с помощью которой удобно описывать поведение субатомных частиц при взаимодействии. С таким же успехом заряды можно было бы назвать именами известных людей или популярными кличками собак в Голландии.

    Тем не менее ситуацию данная информация не проясняет на все сто процентов. Так что до сих пор остается актуальным ряд вопросов. К примеру, почему частицы вообще испускают так называемый «заряд»? Интересно в то же время и то, как человечество обнаружило подобное свойство материи. А раз заряд — свойство материи, и логично предположить, что у всего есть свойства. Какие же свойства в свою очередь у заряда?

    Разобраться во всем поможет… история. И щепотка здравого смысла!

    Большой взрыв

    Безусловно, любого хоть раз волновал вопрос, почему материя выглядит так как выглядит и отчего обладает именно отдельно взятым набором характеристик. Ответ в то же время и невероятно сложен, и обывательски прост. Таков исход огромного выброса энергии в результате Большого взрыва. Это, пожалуй, важнейшее событие в истории всего, что нас окружает.

    Художественное представление того, как бы могли выглядеть первые секунды Большого взрыва. Источник: Science Photo Library.

    Стоило противоположным друг другу по свойствам позитронам и электронам столкнуться, они аннигилировали (лат. аnnihilare — «исчезать», «уничтожаться»). И вновь, вспоминая уроки энергии, мы можем обратиться к практическому факту о том, что любое взаимодействие (например, вашего кулака со стеной и прочее) ведет к обмену энергий или к выбросу энергии.

    Результатом же энергетического взаимодействия позитрона с электроном были кварки. Это элементарные частицы, являющиеся строительным материалом уже знакомых вам протонов и нейтронов.

    �� Есть что-то меньше протона или нейтрона.

    Самые внимательные определенно должны были увидеть противоречие ранее изложенному материалу. Речь еще урок назад шла о том, что субатомные частицы — электрон, протон и нейтрон — являются наименьшими составными единицами материи. Что же, оказывается… нет. И протоны, и нейтроны в свою очередь состоят из кварков. Протон — из двух верхних и одного нижнего кварка, нейтрон — из двух нижних и одного верхнего кварка. Да, кварки еще и в дополнение ко всему бывают разными. Доказано все это было исключительно экспериментально. Однако остается открытым вопрос: существуют ли частицы меньше кварков?

    По сей день однозначного ответа на него пока не было дано. Никто тут случайно не хочет Нобелевскую премию за открытие составных элементов кварков?

    Процесс формации атомов

    По мере того, как температура Вселенной снижалась и она расширялась, частички медленно и уверенно распределялись по пространству. А кварки наконец могли соединяться друг с другом, образуя протоны и нейтроны. Последние, в свою очередь, спустя некоторое время начали слипаться, образуя ядра будущих атомов. А когда эта бравая ядерная команда с положительным зарядом «приманила» к себе электроны с отрицательным зарядом, сформировались первые атомы — атомы водорода.

    Конечно, процесс формации атома шел в несколько этапов, на него ушло пару тысяч лет. Однако очевидно, что свойства частиц таких, как электрон, обладать электрическим зарядом появилось одновременно с непосредственным появлением самих частиц.

    Итак, Вселенная породила частицы, прошло десять миллиардов лет. Образовалась Земля, вместе с ней практически сразу — микроорганизмы. Они в свою очередь за последующие четыре миллиарда лет эволюционировали в более сложные организмы, включая человека, и началась новейшая история. Человеку оставалось лишь разгадать замысел природы насчет атомов. Но прежде — вообще понять, что материя вокруг, оказывается, имеет крайне удивительные свойства.

    На заре электричества

    Под удивительными свойствами, конечно же, понимается явление, когда взаимодействие предметов приводит к тому, что один из них словно начинает обладать свойством магнита — притягивать или отталкивать ряд прочих предметов вокруг. Все не раз видели искорки при, казалось, касании совершенно обыденного объекта. Например, дверной ручки, или то, как праздничный шарик приклеивается к чьим-либо волосам.

    Слова «электричество», «электроника», «электрон» и им подобные все восходят к древнегреческому существительному «ἤλεκτρον» (латиницей: ‘ḗlektron’), в переводе на русский — «янтарь». Ничего не скажешь, странное соседство. Электрический заряд и окаменевшая смола хвойных деревьев. Несмотря на то, что на первый взгляд никакой связи между данными вещами не проглядывается, есть разумное объяснение, почему электричество этимологически имеет отношение к янтарю.

    О том, что материя обладает зарядом, люди и даже, вполне возможно, их далекие предки подозревают давно. Мы натыкались на кусочки железа, которые притягивались друг к другу, низменно показывая направление в сторону севера-юга. Каждый видел чудеса электростатического разряда в виде молнии на небе. Древние рыболовы знали, как выглядит рыба, которую не стоит трогать руками — коснись, и она бьется чем-то странным, что вызывает боль.

    Электричество есть природа, но в течение десятков тысяч лет мы всего лишь играли роль пассивных наблюдателей, не имея ни малейшего понятия, откуда берутся все эти чудеса. Одно то, что в ряде мифологий присутствуют божества, повелевающие молнией (Тор — в скандинавской мифологии; Зевс — в древнегреческой; Юпитер — в древнеримской; Перун — в славянской; Укко — в карело-финской), говорит о том, что человек не мог объяснить наличие заряда в природе. Вместо, нам приходилось прибегать к антропоморфизму — переносить человеческий образ на явления вокруг и выдумывать богов. И уж тем более мы не могли предположить, что все феномены, от больно бьющейся рыбы до молнии, имеют общее происхождение.

    Египтяне и электро-рыбы!

    В древних египетских рукописях, датированных 2750 г. до нашей эры, имеется упоминание подобного вида рыб. Египтяне называли их «грозой Нила» и приписывали им свойства «защитников» прочих рыбок. Вот так вот, ничего не подозревающий милый электрический сом считался оберегом рыбного водного царства.

    Первые основательные упоминания электростатических явлений зафиксированы лишь в 600 г. до нашей эры. Сделано это было Фалесом, древнегреческим философом и математиком, также известным своей теоремой о пропорциональных отрезках. Ученый заметил, что янтарь, потертый о шерсть, может притягивать маленькие объекты наподобие пылинок. Правда Фалес на пару с Аристотелем полагали, что внутри янтарного камня просто сидит душа человека… а мех ее как бы пробуждает.

    К сожалению, в течение более полутора тысяч лет подобными наблюдениями и ограничивались наши знания о заряде: мы находили его проявления нюансом забавным, судя по уровню научной письменности — не проводили особых экспериментальных исследований, а добрую часть электростатики приписывали сверхъестественному. Средневековых ученых и физиков времен Ренессанса больше интересовали свойства магнитов и компасов — различие между электрическими и магнетическими силами впервые было введено только в середине XVI века.

    Свойства электрона

    Но ученые неумолимы. Каждое новое столетие появлялись физики и естествоиспытатели, которые хотели дополнить и приумножить наше понимание процессов на уровне субатомных частиц. За последние 500 лет нам удалось-таки выяснить кое-что — не все, но многое. Давайте же ознакомимся с основными выводами и находками.

    Первое и наиболее важное: главное отличие электрона от его «соседей» по атомарному жилищу заключается в том, что он относительно свободен. К атому электрон присоединился последним, уже после формирования ядра. В дополнение к этому, масса протона в тысячу раз превышает массу электрона, что делает последний в сравнении с нуклонами маленьким и мобильным. Это — единственная составная часть атома, которая может покидать его потенциальный барьер, поэтому электричество во многом ассоциируется с электроном, как наиболее частым «переносчиком» заряда.

    Маленький и мобильный электрон притягивается к ядру, но между самими электронами также действуют определенные силы. Это позволяет ему:

    — находиться внутри границ атома;

    — также находиться на некотором расстоянии от ядра атома.

    Однако если электронная оболочка атома начинает получать энергию от внешнего источника, что может позволить электрону преодолеть притяжение к ядру, он имеет все шансы «сбежать из домика» и стать, как говорят ученые, свободным электроном.

    Свободный электрон — электрон, не входящий в состав определенного атома.

    Электронный дисбаланс

    А теперь включаем смекалку математическую. Представим атом, который «потерял» электрон в результате некоторого энергетического взаимодействия или же «притянул» к себе лишний электрон. Мы помним, что отличительная черта природы — это стремление к балансу. Поэтому «не потревоженный» атом нейтрален: количество протонов, носителей положительного заряда, полностью совпадает с количеством электроном, носителями отрицательного заряда.

    При появлении дисбаланса в количестве заряженных частиц, следовательно, актуально следующее:

    Электрон «улетает» с оболочки Электрон «прилетает» в атом
    Изменилось количество электронов. Оно уменьшилось. Количество протонов осталось тем же. Атом становится положительным ионом. Вновь изменилось количество электронов, но их стало больше. Все так же количество протонов осталось неизменным. Атом становится отрицательным ионом.

    Дисбаланс в количестве электронов в оболочке и есть причина, почему происходят многие невероятные вещи. Во-первых, атом всегда стремится к нейтральности, поэтому «обедневший» атом не прочь «утянуть» откуда-нибудь «плохо закрепленный» электрон. Работает данный принцип и наоборот: «перенасыщенный» электронами атом не прочь куда-нибудь лишнее «скинуть».

    Итоги

    Ну что же, мы на еще один шаг приблизились к разгадке тайны электричества. Теперь мы знаем, хоть и примерно, помимо всего прочего, откуда взялся атом и в каком порядке он сформировался в отношении составляющих элементов. Также мы выяснили, что именно электрон играет капитальную роль в естественных электрических процессах, приводя своими перемещениями атомы в состояние дисбаланса.

    Остается не так много: уточнить, за счет чего конкретно может возникнуть данный дисбаланс, более подробно описать ситуацию, при которой взаимодействие материи приводит к электронному дисбалансу и привязать данную информацию к явлению статического электричества.

    Пока — предлагаем небольшой тест. Проверьте, насколько хорошо вы познали электроны.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *