Structura atomilor - particule elementare de materie, electroni, protoni, neutroni
Toate corpurile fizice din natură sunt formate dintr-un tip de materie numită materie. Substanțele sunt împărțite în două grupe principale - substanțe simple și complexe.
Substanțele complexe sunt acele substanțe care, prin reacții chimice, pot fi descompuse în alte substanțe, mai simple. Spre deosebire de substanțele complexe, substanțele simple sunt cele care nu pot fi descompuse chimic în substanțe și mai simple.
Un exemplu de substanță complexă este apa, care printr-o reacție chimică poate fi descompusă în alte două substanțe, mai simple - hidrogen și oxigen. În ceea ce privește ultimele două, acestea nu mai pot fi descompuse chimic în substanțe mai simple și, prin urmare, sunt substanțe simple, sau, cu alte cuvinte, elemente chimice.
În prima jumătate a secolului al XIX-lea, în știință exista o presupunere că elementele chimice erau substanțe nemodificate care nu aveau o relație comună între ele. Cu toate acestea, omul de știință rus D. I. Mendeleev (1834 — 1907) pentru prima dată în 1869dezvăluie relația elementelor chimice, arătând că caracteristica calitativă a fiecăruia dintre ele depinde de caracteristica sa cantitativă - greutatea atomică.
Studiind proprietățile elementelor chimice, D. I. Mendeleev a observat că proprietățile lor se repetă periodic în funcție de greutatea lor atomică. El a arătat această periodicitate sub forma unui tabel, care a intrat în știință sub numele de „Tabelul periodic al elementelor lui Mendeleev”.
Mai jos este tabelul periodic modern al elementelor chimice al lui Mendeleev.
Atomi
Conform conceptelor științifice moderne, fiecare element chimic constă dintr-o colecție de cele mai mici particule materiale (materiale) numite atomi.
Un atom este cea mai mică fracțiune a unui element chimic care nu mai poate fi descompus chimic în alte particule de material, mai mici și mai simple.
Atomii elementelor chimice de natură diferită diferă unul de celălalt prin proprietățile lor fizico-chimice, structură, dimensiune, masă, greutate atomică, energie proprie și alte proprietăți. De exemplu, atomul de hidrogen diferă puternic în proprietățile și structura sa de atomul de oxigen, iar acesta din urmă de atomul de uraniu și așa mai departe.
S-a constatat că atomii elementelor chimice au dimensiuni extrem de mici. Dacă presupunem condiționat că atomii au o formă sferică, atunci diametrele lor trebuie să fie egale cu o sută de milioane de centimetru. De exemplu, diametrul unui atom de hidrogen - cel mai mic atom din natură - este de o sută de milioane de centimetru (10-8 cm), iar diametrul celor mai mari atomi, de exemplu, atomul de uraniu, nu depășește trei sute. milionimi de centimetru (3 10-8 cm).Prin urmare, atomul de hidrogen este de atâtea ori mai mic decât sfera cu raza de un centimetru, cu cât aceasta din urmă este mai mică decât globul.
Datorită dimensiunii foarte mici a atomilor, masa lor este, de asemenea, foarte mică. De exemplu, masa unui atom de hidrogen este m = 1,67·10-24 Aceasta înseamnă că un gram de hidrogen conține aproximativ 6·1023 atomi.
Pentru unitatea convențională de măsură a greutăților atomice ale elementelor chimice, se ia 1/16 din greutatea unui atom de oxigen. În conformitate cu această greutate atomică a unui element chimic, se numește un număr abstract, care indică de câte ori greutatea unui element chimic dat este mai mare de 1/16 din greutatea unui atom de oxigen.
În tabelul periodic al elementelor lui D. I. Mendeleev sunt date greutățile atomice ale tuturor elementelor chimice (vezi numărul de sub numele elementului). Din acest tabel vedem că cel mai ușor atom este atomul de hidrogen, care are o greutate atomică de 1,008. Greutatea atomică a carbonului este 12, oxigenul este 16 și așa mai departe.
În ceea ce privește elementele chimice mai grele, greutatea lor atomică depășește greutatea atomică a hidrogenului de peste două sute de ori. Deci valoarea atomică a mercurului este 200,6, radiul este 226 și așa mai departe. Cu cât este mai mare ordinea numerelor ocupată de un element chimic în tabelul periodic al elementelor, cu atât greutatea atomică este mai mare.
Majoritatea greutăților atomice ale elementelor chimice sunt exprimate ca numere fracționale. Acest lucru se explică într-o oarecare măsură prin faptul că astfel de elemente chimice constau dintr-un set de câte tipuri de atomi cu greutăți atomice diferite, dar cu aceleași proprietăți chimice.
Elementele chimice care ocupă același număr în tabelul periodic al elementelor și, prin urmare, au aceleași proprietăți chimice, dar cu greutăți atomice diferite se numesc izotopi.
Izotopii se găsesc în majoritatea elementelor chimice, există doi izotopi, calciu - patru, zinc - cinci, staniu - unsprezece etc. Mulți izotopi se obțin prin artă, unii dintre ei au o mare importanță practică.
Particule elementare de materie
Multă vreme s-a crezut că atomii elementelor chimice sunt limita divizibilității materiei, adică „blocurile de construcție” elementare ale universului. Știința modernă respinge această ipoteză stabilind că atomul oricărui element chimic este un agregat de particule materiale chiar mai mici decât atomul însuși.
Conform teoriei electronice a structurii materiei, atomul oricărui element chimic este un sistem format dintr-un nucleu central în jurul căruia se învârt particule „elementare” ale materialului numite electroni. Nucleele atomilor, conform opiniilor general acceptate, constau dintr-un set de particule materiale „elementare” - protoni și neutroni.
Pentru a înțelege structura atomilor și procesele fizico-chimice din acestea, este necesar să vă familiarizați cel puțin pe scurt cu caracteristicile de bază ale particulelor elementare care alcătuiesc atomii.
Se determină că un electron este o particulă adevărată cu cea mai mică sarcină electrică negativă observată în natură.
Dacă presupunem condiționat că electronul ca particulă are o formă sferică, atunci diametrul electronului ar trebui să fie egal cu 4 ·10-13 cm, adică este de zeci de mii de ori mai mic decât diametrul fiecărui atom.
Un electron, ca orice altă particulă materială, are masă. „Masa în repaus” a electronului, adică masa pe care o posedă în stare de repaus relativ, este egală cu mo = 9,1 · 10-28 G.
„Masa de repaus” extrem de mică a electronului indică faptul că proprietățile inerțiale ale electronului sunt extrem de slabe, ceea ce înseamnă că electronul, sub influența unei forțe electrice alternative, poate oscila în spațiu cu o frecvență de multe miliarde de perioade pe al doilea.
Masa electronului este atât de mică încât este nevoie de 1027 de unități pentru a produce un gram de electroni. Pentru a avea măcar o idee fizică despre acest număr colosal de mare, vom da un exemplu. Dacă un gram de electroni ar putea fi aranjați în linie dreaptă unul lângă celălalt, atunci ar forma un lanț lung de patru miliarde de kilometri.
Masa electronului, ca orice altă microparticulă materială, depinde de viteza de mișcare a acestuia. Un electron în stare de repaus relativ are o „masă în repaus” de natură mecanică, similară cu masa oricărui corp fizic. În ceea ce privește „masa de mișcare” a electronului, care crește pe măsură ce viteza de mișcare a acestuia crește, este de origine electromagnetică. Acest lucru se datorează prezenței unui câmp electromagnetic într-un electron în mișcare ca tip de materie cu masă și energie electromagnetică.
Cu cât electronul se mișcă mai repede, cu atât mai mult se manifestă proprietățile inerțiale ale câmpului său electromagnetic, cu atât este mai mare masa acestuia din urmă și, în consecință, energia sa electromagnetică.Deoarece electronul cu câmpul său electromagnetic reprezintă un singur sistem material legat organic, acesta este este firesc ca masa de impuls a câmpului electromagnetic al electronului să fie atribuită direct electronului însuși.
Electronul, pe lângă proprietățile unei particule, are și proprietăți de undă.S-a stabilit experimental că fluxul de electroni, ca un flux de lumină, se propagă sub forma unei mișcări de tip val. Natura mișcării ondulatorii a fluxului de electroni în spațiu este confirmată de fenomenele de interferență și difracție a undelor electronice.
Interferența electronică Este fenomenul de suprapunere a voințelor de electroni una pe cealaltă și difracția electronilor - acesta este fenomenul undelor de electroni care se îndoaie la marginile unei fante înguste prin care trece fasciculul de electroni. Prin urmare, electronul nu este doar o particulă, ci o „undă de particule”, a cărei lungime depinde de masa și viteza electronului.
S-a stabilit că electronul, pe lângă mișcarea sa de translație, efectuează și o mișcare de rotație în jurul axei sale. Acest tip de mișcare a electronilor se numește „spin” (din cuvântul englez „spin” – spindle). Ca urmare a acestei mișcări, electronul, pe lângă proprietățile electrice datorate sarcinii electrice, capătă și proprietăți magnetice, asemănând în acest sens cu un magnet elementar.
Un proton este o particulă reală cu o sarcină electrică pozitivă egală în valoare absolută cu sarcina electrică a unui electron.
Masa protonului este de 1,67 ·10-24 r, adică de aproximativ 1840 de ori mai mare decât „masa în repaus” a electronului.
Spre deosebire de un electron și un proton, un neutron nu are sarcină electrică, adică este o particulă „elementară” neutră din punct de vedere electric. Masa neutronului este practic egală cu masa protonului.
Electronii, protonii și neutronii care formează atomii interacționează între ei. În special, electronii și protonii se atrag unul pe altul ca particule cu sarcini electrice opuse.În același timp, electronul din electron și protonul din proton se resping ca particule cu aceleași sarcini electrice.
Toate aceste particule încărcate electric interacționează prin câmpurile lor electrice. Aceste câmpuri sunt un tip special de materie constând dintr-o colecție de particule de material elementar numite fotoni. Fiecare foton are o cantitate strict definită de energie (cuantum de energie) inerent în el.
Interacțiunea particulelor de materiale încărcate electric are loc prin schimbul de fotoni între ele. Forța de interacțiune a particulelor încărcate electric este de obicei numită forță electrică.
Neutronii și protonii din nucleele atomilor interacționează, de asemenea, între ei. Totuși, această interacțiune între ele nu mai are loc printr-un câmp electric, deoarece neutronul este o particulă de materie neutră din punct de vedere electric, ci prin așa-numita câmp nuclear.
Acest câmp este, de asemenea, un tip special de materie constând dintr-o colecție de particule de material elementar numite mezoni... Interacțiunea neutronilor și protonilor are loc prin schimbul de mezoni între ei. Forța de interacțiune dintre neutroni și protoni se numește forță nucleară.
S-a stabilit că forțele nucleare acționează în nucleele atomilor la distanțe extrem de mici - aproximativ 10-13 cm.
Forțele nucleare depășesc cu mult forțele electrice de respingere reciprocă a protonilor din nucleul unui atom. Acest lucru duce la faptul că sunt capabili nu numai să depășească forțele de respingere reciprocă a protonilor din interiorul nucleelor atomilor, ci și să creeze sisteme foarte puternice de nuclee din colecția de protoni și neutroni.
Stabilitatea nucleului oricărui atom depinde de raportul dintre două forțe conflictuale - nucleare (atracția reciprocă a protonilor și neutronilor) și electrică (repulsarea reciprocă a protonilor).
Forțele nucleare puternice care acționează în nucleele atomilor contribuie la transformarea neutronilor și a protonilor unul în altul. Aceste interacțiuni dintre neutroni și protoni au loc ca urmare a eliberării sau absorbției de particule elementare mai ușoare, de exemplu mezoni.
Particulele considerate de noi sunt numite elementare deoarece nu constau dintr-un agregat de alte particule de materie, mai simple. Dar, în același timp, nu trebuie să uităm că ele sunt capabile să se transforme unul în celălalt, să apară în detrimentul celuilalt. Astfel, aceste particule sunt niște formațiuni complexe, adică natura lor elementară este condiționată.
Structura chimică a atomilor
Cel mai simplu atom din structura sa este atomul de hidrogen. Constă dintr-o colecție de doar două particule elementare - un proton și un electron. Protonul din sistemul atomic de hidrogen joacă rolul unui nucleu central în jurul căruia se rotește un electron pe o anumită orbită. În fig. 1 prezintă schematic un model al atomului de hidrogen.
Orez. 1. Diagrama structurii atomului de hidrogen
Acest model este doar o aproximativă aproximare a realității. Faptul este că electronul ca „undă de particule” nu are un volum puternic delimitat de mediul extern. Și asta înseamnă că ar trebui să vorbim nu despre o orbită liniară exactă a electronului, ci despre un fel de nor de electroni. În acest caz, electronul ocupă cel mai adesea o linie de mijloc a norului, care este una dintre posibilele sale orbite în atom.
Trebuie spus că orbita electronului în sine nu este strict neschimbătoare și staționară în atom - de asemenea, datorită modificării masei electronului, face o anumită mișcare de rotație. Prin urmare, mișcarea unui electron într-un atom este relativ complicată. Deoarece nucleul atomului de hidrogen (proton) și electronul care se rotește în jurul lui au sarcini electrice opuse, se atrag unul pe celălalt.
În același timp, energia liberă a electronului, rotindu-se în jurul nucleului atomului, dezvoltă o forță centrifugă care tinde să-l îndepărteze din nucleu. Prin urmare, forța electrică de atracție reciprocă dintre nucleul atomului și electron și forța centrifugă care acționează asupra electronului sunt forțe opuse.
În echilibru, electronul lor ocupă o poziție relativ stabilă pe o anumită orbită a atomului. Deoarece masa electronului este foarte mică, atunci pentru a echilibra forța de atracție către nucleul atomului, acesta trebuie să se învârtă cu o viteză enormă egală cu aproximativ 6·1015 rotații pe secundă. Aceasta înseamnă că un electron din sistemul unui atom de hidrogen, ca orice alt atom, se mișcă de-a lungul orbitei sale cu o viteză liniară care depășește o mie de kilometri pe secundă.
În condiții normale, un electron se rotește într-un atom de tipul celui de pe orbita cea mai apropiată de nucleu. În același timp, are cantitatea minimă posibilă de energie. Dacă dintr-un motiv sau altul, de exemplu, sub influența altor particule materiale care au invadat sistemul atomic, electronul se deplasează pe o orbită care este mai îndepărtată de atom, atunci va avea deja o cantitate puțin mai mare de energie.
Cu toate acestea, electronul rămâne pe această nouă orbită pentru o perioadă nesemnificativă de timp, după care se rotește înapoi pe orbita cea mai apropiată de nucleul atomului.În timpul acestui curs, renunță la excesul de energie sub forma unui cuantum de radiație magnetică - energie radiantă (Fig. 2).
Orez. 2. Când un electron se mișcă de pe o orbită îndepărtată pe una mai aproape de nucleul unui atom, emite o cantitate de energie radiantă
Cu cât electronul primește mai multă energie din exterior, cu atât se deplasează mai mult pe orbita care este cea mai îndepărtată de nucleul atomului și cu atât este mai mare cantitatea de energie electromagnetică pe care o emite atunci când se rotește pe orbita cea mai apropiată de nucleu.
Măsurând cantitatea de energie emisă de electron în timpul tranziției de la diferite orbite la cea mai apropiată de nucleul atomului, s-a putut stabili că un electron în sistemul unui atom de hidrogen, ca și în sistemul oricărui alt atom. atom, nu poate merge pe o orbită aleatorie, la o strict determinată în conformitate cu această energie pe care o primește sub influența unei forțe externe. Orbitele pe care le poate ocupa un electron într-un atom se numesc orbitali permise.
Deoarece sarcina pozitivă a nucleului atomului de hidrogen (sarcina protonului) și sarcina negativă a electronului sunt egale numeric, sarcina lor totală este zero. Aceasta înseamnă că atomul de hidrogen în starea sa normală este o particulă neutră din punct de vedere electric.
Acest lucru este valabil pentru atomii tuturor elementelor chimice: atomul oricărui element chimic în starea sa normală este o particulă neutră din punct de vedere electric datorită egalității numerice a sarcinilor pozitive și negative.
Deoarece nucleul unui atom de hidrogen conține o singură particulă „elementară” - un proton, așa-numitul număr de masă al acestui nucleu este egal cu unu. Numărul de masă al nucleului unui atom al oricărui element chimic este numărul total de protoni și neutroni care formează acel nucleu.
Hidrogenul natural constă în principal dintr-o colecție de atomi cu un număr de masă egal cu unu. Cu toate acestea, conține și un alt tip de atomi de hidrogen, cu un număr de masă egal cu doi. Nucleele acestor atomi de hidrogen grei, numiți deuteroni, sunt formate din două particule, un proton și un neutron. Acest izotop al hidrogenului se numește deuteriu.
Hidrogenul natural conține cantități foarte mici de deuteriu. Pentru fiecare șase mii de atomi de hidrogen ușor (număr de masă egal cu unu), există doar un atom de deuteriu (hidrogen greu). Există un alt izotop al hidrogenului, hidrogenul super-greu numit tritiu. În nucleul unui atom al acestui izotop de hidrogen, există trei particule: un proton și doi neutroni, legați împreună prin forțe nucleare. Numărul de masă al nucleului unui atom de tritiu este de trei, adică atomul de tritiu este de trei ori mai greu decât atomul de hidrogen ușor.
Deși atomii izotopilor de hidrogen au mase diferite, ei au totuși aceleași proprietăți chimice, de exemplu, hidrogenul ușor, intrând într-o reacție chimică cu oxigenul, formează o substanță complexă cu acesta - apa. La fel, izotopul hidrogenului, deuteriul, se combină cu oxigenul pentru a forma apă, care, spre deosebire de apa obișnuită, se numește apă grea. Apa grea este utilizată pe scară largă în producerea energiei nucleare (atomice).
Prin urmare, proprietățile chimice ale atomilor nu depind de masa nucleelor lor, ci doar de structura învelișului de electroni a atomului. Deoarece atomii de hidrogen ușor, deuteriu și tritiu au același număr de electroni (câte unul pentru fiecare atom), acești izotopi au aceleași proprietăți chimice.
Nu întâmplător elementul chimic hidrogen ocupă primul număr din tabelul periodic al elementelor.Faptul este că există o relație între numărul fiecărui element din tabelul periodic al elementelor și mărimea sarcinii de pe nucleul unui atom al acelui element. Poate fi formulat astfel: numărul de serie al fiecărui element chimic din tabelul periodic al elementelor este numeric egal cu sarcina pozitivă a nucleului acelui element și, prin urmare, cu numărul de electroni care se rotesc în jurul acestuia.
Deoarece hidrogenul ocupă primul număr din tabelul periodic al elementelor, aceasta înseamnă că sarcina pozitivă a nucleului atomului său este egală cu unu și că un electron se învârte în jurul nucleului.
Elementul chimic heliu este al doilea în tabelul periodic al elementelor. Aceasta înseamnă că are o sarcină electrică pozitivă a nucleului egală cu două unități, adică nucleul său trebuie să conțină doi protoni, iar în învelișul de electroni a atomului - doi electrozi.
Heliul natural este format din doi izotopi - heliu greu și heliu ușor. Numărul de masă al heliului greu este de patru. Aceasta înseamnă că, pe lângă cei doi protoni menționați mai sus, în nucleul atomului greu de heliu trebuie să intre încă doi neutroni. În ceea ce privește heliul ușor, numărul său de masă este trei, adică, pe lângă doi protoni, în compoziția nucleului său ar trebui să intre încă un neutron.
S-a descoperit că în heliul natural numărul de atomi de heliu ușor este de aproximativ o milioneme din atomii de gen grei. În fig. 3 prezintă un model schematic al atomului de heliu.
Orez. 3. Diagrama structurii atomului de heliu
Complicarea suplimentară a structurii atomilor elementelor chimice se datorează creșterii numărului de protoni și neutroni din nucleele acestor atomi și simultan creșterii numărului de electroni care se rotesc în jurul nucleelor (Fig. 4). Folosind tabelul periodic al elementelor, este ușor de determinat numărul de electroni, protoni și neutroni care formează diferiți atomi.
Orez. 4. Scheme de construcție a nucleelor atomice: 1 — heliu, 2 — carbon, 3 — oxigen
Numărul regulat al unui element chimic este egal cu numărul de protoni din nucleul atomului și, în același timp, cu numărul de electroni care se rotesc în jurul nucleului. În ceea ce privește greutatea atomică, aceasta este aproximativ egală cu numărul de masă al atomului, adică numărul de protoni și neutroni luați împreună în nucleu. Prin urmare, scăzând din greutatea atomică a unui element un număr egal cu numărul atomic al elementului, este posibil să se determine câți neutroni sunt conținuti într-un nucleu dat.
S-a stabilit că nucleele elementelor chimice ușoare, care au un număr egal de protoni și neutroni în compoziția lor, se disting prin rezistență foarte mare, deoarece forțele nucleare din ele sunt relativ mari. De exemplu, nucleul unui atom greu de heliu este extrem de durabil, deoarece este format din doi protoni și doi neutroni legați împreună de forțe nucleare puternice.
Nucleele atomilor elementelor chimice mai grele conțin deja în compoziția lor un număr inegal de protoni și neutroni, motiv pentru care legătura lor în nucleu este mai slabă decât în nucleele elementelor chimice ușoare. Nucleele acestor elemente pot fi divizate relativ ușor atunci când sunt bombardate cu „proiectile” atomice (neutroni, nuclee de heliu etc.).
În ceea ce privește elementele chimice cele mai grele, în special cele radioactive, nucleele lor sunt caracterizate de o rezistență atât de scăzută încât se dezintegrează spontan în părțile lor componente. De exemplu, atomii elementului radioactiv radiu, constând dintr-o combinație de 88 de protoni și 138 de neutroni, se descompun spontan, devenind atomi ai elementului radioactiv radon. Atomii acestuia din urmă, la rândul lor, se descompun în părțile lor constitutive, trecând în atomii altor elemente.
După ce ne-am familiarizat pe scurt cu părțile constitutive ale nucleelor atomilor elementelor chimice, să luăm în considerare structura învelișurilor de electroni ale atomilor. După cum știți, electronii se pot învârti în jurul nucleelor atomilor doar pe orbite strict definite. Mai mult, ele sunt atât de grupate în învelișul de electroni a fiecărui atom încât învelișurile de electroni individuale pot fi distinse.
Fiecare înveliș poate conține un anumit număr de electroni, care nu depășesc un număr strict anumit. Deci, de exemplu, în primul înveliș de electroni cel mai aproape de nucleul unui atom pot exista maximum doi electroni, în al doilea - nu mai mult de opt electroni etc.
Acei atomi în care învelișurile de electroni exterioare sunt complet umplute au cea mai stabilă înveliș de electroni. Aceasta înseamnă că un atom își ține ferm toți electronii și nu trebuie să primească o cantitate suplimentară din ei din exterior. De exemplu, un atom de heliu are doi electroni care umplu complet primul înveliș de electroni, iar un atom de neon are zece electroni, dintre care primii doi umplu complet primul înveliș de electroni, iar restul - al doilea (Fig. 5).
Orez. 5. Diagrama structurii atomului de neon
Prin urmare, atomii de heliu și neon au învelișuri de electroni destul de stabile, nu tind să le modifice în niciun fel cantitativ. Astfel de elemente sunt inerte din punct de vedere chimic, adică nu intră în interacțiune chimică cu alte elemente.
Cu toate acestea, majoritatea elementelor chimice au atomi în care învelișurile exterioare de electroni nu sunt complet umplute cu electroni. De exemplu, un atom de potasiu are nouăsprezece electroni, dintre care optsprezece umplu complet primele trei învelișuri, iar al nouăsprezecelea electron se află în următorul înveliș de electroni, neumplut. Umplerea slabă a celui de-al patrulea înveliș de electroni cu electroni duce la faptul că nucleul atomului deține foarte slab cel mai exterior - al nouăsprezecelea electron și, prin urmare, acesta din urmă poate fi îndepărtat cu ușurință din atom. …
Sau, de exemplu, atomul de oxigen are opt electroni, dintre care doi umplu complet primul înveliș, iar restul de șase sunt localizați în al doilea înveliș. Astfel, pentru finalizarea completă a construcției celei de-a doua învelișuri de electroni din atomul de oxigen, îi lipsesc doar doi electroni. Prin urmare, atomul de oxigen nu numai că își menține ferm cei șase electroni în al doilea înveliș, dar are și capacitatea de a atrage doi electroni lipsă la sine pentru a umple al doilea înveliș de electroni. Acest lucru îl realizează prin combinare chimică cu atomii unor astfel de elemente în care electronii exteriori sunt slab asociați cu nucleele lor.
Elementele chimice ai căror atomi nu au straturi de electroni exterioare complet umplute cu electroni sunt, de regulă, active din punct de vedere chimic, adică intră de bunăvoie într-o interacțiune chimică.
Deci, electronii din atomii elementelor chimice sunt aranjați într-o ordine strict definită, iar orice modificare a aranjamentului lor spațial sau a cantității în învelișul de electroni a atomului duce la o modificare a proprietăților fizico-chimice ale acestuia din urmă.
Egalitatea numărului de electroni și protoni din sistemul atomic este motivul pentru care sarcina sa electrică totală este zero. Dacă egalitatea numărului de electroni și protoni din sistemul atomic este încălcată, atunci atomul devine un sistem încărcat electric.
Un atom în sistemul căruia echilibrul sarcinilor electrice opuse este perturbat din cauza faptului că și-a pierdut o parte din electroni sau, dimpotrivă, a dobândit un exces din ei, se numește ion.
Dimpotrivă, dacă un atom dobândește orice număr în exces de electroni, el devine un ion negativ. De exemplu, un atom de clor care a primit un electron suplimentar devine un ion de clor negativ Cl-... Un atom de oxigen care a primit doi electroni suplimentari devine un ion de oxigen negativ O încărcat dublu și așa mai departe.
Un atom care a devenit ion devine un sistem încărcat electric în raport cu mediul extern. Și aceasta înseamnă că atomul a început să posede un câmp electric, împreună cu care formează un singur sistem material, și prin acest câmp realizează interacțiune electrică cu alte particule de materie încărcate electric - ioni, electroni, nuclee de atomi încărcate pozitiv, etc.
Capacitatea diferiților ioni de a se atrage unul pe altul este motivul pentru care se combină chimic, formând particule mai complexe de materie - molecule.
În concluzie, trebuie menționat că dimensiunile atomului sunt foarte mari în comparație cu dimensiunile particulelor reale din care sunt compuse. Nucleul celui mai complex atom, împreună cu toți electronii, ocupă o miliardime din volumul atomului. Un calcul simplu arată că dacă un metru cub de platină poate fi presat atât de strâns încât spațiile intra-atomice și inter-atomice dispar, atunci se va obține un volum egal cu aproximativ un milimetru cub.