Atomų sandara - elementariosios medžiagos dalelės, elektronai, protonai, neutronai
Visi fiziniai kūnai gamtoje yra sudaryti iš medžiagos, vadinamos materija. Medžiagos skirstomos į dvi pagrindines grupes – paprastas ir sudėtingas medžiagas.
Sudėtingomis medžiagomis vadinamos tos medžiagos, kurios cheminių reakcijų metu gali suskaidyti į kitas, paprastesnes medžiagas. Skirtingai nuo sudėtingų medžiagų, paprastos medžiagos yra tos, kurių negalima chemiškai suskaidyti į dar paprastesnes medžiagas.
Sudėtingos medžiagos pavyzdys yra vanduo, kuris cheminės reakcijos metu gali būti suskaidytas į dvi kitas paprastesnes medžiagas – vandenilį ir deguonį. Kalbant apie dvi paskutines, jos nebegali būti chemiškai skaidomos į paprastesnes medžiagas, todėl yra paprastos medžiagos, arba, kitaip tariant, cheminiai elementai.
XIX amžiaus pirmoje pusėje moksle egzistavo prielaida, kad cheminiai elementai yra nepakitusios medžiagos, neturinčios bendro ryšio tarpusavyje. Tačiau rusų mokslininkas D. I. Mendelejevas (1834 — 1907) pirmą kartą 1869 m.atskleidžia cheminių elementų ryšį, parodydama, kad kiekvieno iš jų kokybinė charakteristika priklauso nuo jo kiekybinės charakteristikos – atominės masės.
Tyrinėdamas cheminių elementų savybes, D. I. Mendelejevas pastebėjo, kad jų savybės periodiškai kartojasi priklausomai nuo atominės masės. Jis parodė šį periodiškumą lentelės pavidalu, kuri pateko į mokslą pavadinimu „Mendelejevo periodinė elementų lentelė“.
Žemiau yra Mendelejevo šiuolaikinė periodinė cheminių elementų lentelė.
Atomai
Remiantis šiuolaikinėmis mokslinėmis koncepcijomis, kiekvienas cheminis elementas susideda iš mažiausių medžiagų (medžiagų) dalelių, vadinamų atomais, rinkinio.
Atomas – mažiausia cheminio elemento dalis, kuri nebegali chemiškai suskaidyti į kitas, smulkesnes ir paprastesnes medžiagos daleles.
Skirtingos prigimties cheminių elementų atomai skiriasi vienas nuo kito savo fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis, struktūra, dydžiu, mase, atominiu svoriu, savo energija ir kai kuriomis kitomis savybėmis. Pavyzdžiui, vandenilio atomas savo savybėmis ir struktūra smarkiai skiriasi nuo deguonies atomo, o pastarasis – nuo urano atomo ir pan.
Nustatyta, kad cheminių elementų atomai yra labai mažo dydžio. Jei sąlyginai darome prielaidą, kad atomai turi sferinę formą, tada jų skersmuo turi būti lygus šimtoms milijoninėms centimetro dalims. Pavyzdžiui, vandenilio atomo - mažiausio atomo gamtoje - skersmuo yra šimta milijoninė centimetro dalis (10-8 cm), o didžiausių atomų, pavyzdžiui, urano atomo, skersmuo neviršija trijų šimtų. milijonųjų centimetrų dalių (3 10-8 cm).Todėl vandenilio atomas yra tiek kartų mažesnis už vieno centimetro spindulio sferą, kiek pastarasis yra mažesnis už Žemės rutulį.
Dėl labai mažo atomų dydžio jų masė taip pat labai maža. Pavyzdžiui, vandenilio atomo masė m = 1,67· 10-24 Tai reiškia, kad viename grame vandenilio yra apie 6·1023 atomų.
Įprastam cheminių elementų atominių svorių matavimo vienetui imama 1/16 deguonies atomo svorio. Pagal šį cheminio elemento atominį svorį vadinamas abstraktus skaičius, nurodantis, kiek kartų tam tikro cheminio elemento svoris yra didesnis nei 1/16 deguonies atomo svorio.
Periodinėje D. I. Mendelejevo elementų lentelėje pateikiami visų cheminių elementų atominiai svoriai (žr. skaičių po elemento pavadinimu). Iš šios lentelės matome, kad lengviausias atomas yra vandenilio atomas, kurio atominė masė yra 1,008. Anglies atominė masė yra 12, deguonies - 16 ir pan.
Kalbant apie sunkesnius cheminius elementus, jų atominė masė daugiau nei du šimtus kartų viršija vandenilio atominę masę. Taigi gyvsidabrio atominė vertė yra 200,6, radžio - 226 ir pan. Kuo didesnę skaičių tvarką periodinėje elementų lentelėje užima cheminis elementas, tuo didesnė atominė masė.
Dauguma cheminių elementų atominių svorių išreiškiami trupmeniniais skaičiais. Tai tam tikru mastu paaiškinama tuo, kad tokius cheminius elementus sudaro atomų, turinčių skirtingą atominį masę, bet turinčių tas pačias chemines savybes, rinkinys.
Cheminiai elementai, kurie periodinėje elementų lentelėje užima tą patį skaičių ir todėl turi tas pačias chemines savybes, bet turi skirtingą atominį svorį, vadinami izotopais.
Izotopų yra daugumoje cheminių elementų, yra du izotopai, kalcio - keturi, cinko - penki, alavo - vienuolika ir tt Daug izotopų gaunama meno būdu, kai kurie iš jų turi didelę praktinę reikšmę.
Elementariosios medžiagos dalelės
Ilgą laiką buvo manoma, kad cheminių elementų atomai yra materijos dalijimosi riba, tai yra tarsi elementarūs visatos „statybiniai blokai“. Šiuolaikinis mokslas atmeta šią hipotezę, nustatydamas, kad bet kurio cheminio elemento atomas yra dar mažesnių medžiagų dalelių visuma nei pats atomas.
Pagal materijos sandaros elektronų teoriją, bet kurio cheminio elemento atomas yra sistema, susidedanti iš centrinio branduolio, aplink kurį sukasi „elementarios“ medžiagos dalelės, vadinamos elektronais. Atomų branduoliai, remiantis visuotinai priimtu požiūriu, susideda iš "elementariųjų" medžiagų dalelių - protonų ir neutronų - rinkinio.
Norint suprasti atomų sandarą ir juose vykstančius fizikinius bei cheminius procesus, būtina bent trumpai susipažinti su pagrindinėmis elementariųjų dalelių, sudarančių atomus, savybėmis.
Nustatyta, kad elektronas yra tikroji dalelė, turinti mažiausią gamtoje pastebėtą neigiamą elektros krūvį.
Jei sąlyginai darome prielaidą, kad elektronas kaip dalelė turi sferinę formą, tada elektrono skersmuo turėtų būti lygus 4 ·10-13 cm, tai yra, jis yra dešimtis tūkstančių kartų mažesnis už kiekvieno atomo skersmenį.
Elektronas, kaip ir bet kuri kita dalelė, turi masę. Elektrono „ramybės masė“, ty masė, kurią jis turi santykinės ramybės būsenoje, yra lygi mo = 9,1 · 10-28 G.
Itin maža elektrono „ramybės masė“ rodo, kad elektrono inercinės savybės yra itin silpnos, o tai reiškia, kad elektronas, veikiamas kintamosios elektros jėgos, gali svyruoti erdvėje daugelio milijardų periodų per dažnį. antra.
Elektrono masė tokia maža, kad vienam gramui elektronų pagaminti reikia 1027 vienetų. Norėdami turėti bent šiek tiek fizinio supratimo apie šį nepaprastai didelį skaičių, pateiksime pavyzdį. Jei vieną gramą elektronų būtų galima išdėstyti tiesia linija arti vienas kito, tada jie sudarytų keturių milijardų kilometrų ilgio grandinę.
Elektrono, kaip ir bet kurios kitos medžiagos mikrodalelės, masė priklauso nuo jo judėjimo greičio. Santykinės ramybės būsenoje esantis elektronas turi mechaninio pobūdžio „ramybės masę“, panašią į bet kurio fizinio kūno masę. Kalbant apie elektrono „judėjimo masę“, kuri didėja didėjant jo judėjimo greičiui, ji yra elektromagnetinės kilmės. Taip yra dėl to, kad judančiame elektrone yra elektromagnetinio lauko, kaip medžiagos, turinčios masę ir elektromagnetinę energiją, rūšį.
Kuo greičiau elektronas juda, tuo labiau pasireiškia jo elektromagnetinio lauko inercinės savybės, tuo didesnė pastarojo masė ir atitinkamai jo elektromagnetinė energija.Kadangi elektronas su savo elektromagnetiniu lauku reprezentuoja vieną organiškai sujungtą medžiagų sistemą, yra natūrali elektrono elektromagnetinio lauko impulso masė, tiesiogiai priskiriama pačiam elektronui.
Elektronas, be dalelės savybių, turi ir banginių savybių.Eksperimentiškai buvo nustatyta, kad elektronų srautas, kaip ir šviesos srautas, sklinda į bangą panašiu judėjimu. Elektronų srauto banginio judėjimo erdvėje pobūdį patvirtina elektronų bangų interferencijos ir difrakcijos reiškiniai.
Elektroniniai trukdžiai Ar elektronų valios superpozicijos vienas kitam ir elektronų difrakcijos reiškinys – tai elektronų bangų lenkimo siauro plyšio, per kurį praeina elektronų pluoštas, kraštuose reiškinys. Todėl elektronas yra ne tik dalelė, o „dalelių banga“, kurios ilgis priklauso nuo elektrono masės ir greičio.
Nustatyta, kad elektronas, be savo transliacinio judėjimo, atlieka ir sukimosi judesį aplink savo ašį. Toks elektronų judėjimas vadinamas „sukimu“ (iš angliško žodžio „spin“ – verpstė). Dėl šio judėjimo elektronas, be elektrinių savybių dėl elektros krūvio, įgyja ir magnetinių savybių, šiuo požiūriu primenančių elementarų magnetą.
Protonas yra tikroji dalelė, kurios teigiamas elektros krūvis absoliučia reikšme yra lygus elektrono elektriniam krūviui.
Protono masė yra 1,67 · 10-24 r, tai yra maždaug 1840 kartų didesnė už elektrono „ramybės masę“.
Skirtingai nei elektronas ir protonas, neutronas neturi elektros krūvio, tai yra yra elektriškai neutrali „elementari“ materijos dalelė. Neutrono masė praktiškai lygi protono masei.
Elektronai, protonai ir neutronai, sudarantys atomus, sąveikauja vienas su kitu. Visų pirma, elektronai ir protonai traukia vienas kitą kaip priešingo elektros krūvio daleles.Tuo pačiu metu elektronas iš elektrono ir protonas iš protonų atstumia kaip dalelės, turinčios tuos pačius elektros krūvius.
Visos šios elektriškai įkrautos dalelės sąveikauja per savo elektrinius laukus. Šie laukai yra ypatinga materijos rūšis, susidedanti iš elementariųjų medžiagų dalelių, vadinamų fotonais, rinkinio. Kiekvienas fotonas turi griežtai apibrėžtą jam būdingą energijos kiekį (energijos kvantą).
Elektra įkrautų medžiagų dalelių sąveika vyksta fotonams keičiantis tarpusavyje. Elektra įkrautų dalelių sąveikos jėga paprastai vadinama elektrine jėga.
Neutronai ir protonai atomų branduoliuose taip pat sąveikauja tarpusavyje. Tačiau ši sąveika tarp jų vyksta jau ne per elektrinį lauką, nes neutronas yra elektriškai neutrali medžiagos dalelė, o per vadinamąjį. branduolinis laukas.
Šis laukas taip pat yra ypatinga materijos rūšis, susidedanti iš elementariųjų medžiagų dalelių, vadinamų mezonais, rinkinio... Neutronų ir protonų sąveika vyksta mezonams keičiantis tarpusavyje. Neutronų ir protonų sąveikos jėga vadinama branduoline jėga.
Nustatyta, kad branduolinės jėgos atomų branduoliuose veikia itin mažais atstumais — apie 10-13 cm.
Branduolinės jėgos smarkiai viršija atomo branduolyje esančių protonų tarpusavio atstūmimo elektrines jėgas. Tai lemia tai, kad jie sugeba ne tik įveikti abipusio protonų atstūmimo jėgas atomų branduoliuose, bet ir sukurti labai stiprias branduolių sistemas iš protonų ir neutronų rinkinio.
Bet kurio atomo branduolio stabilumas priklauso nuo dviejų prieštaraujančių jėgų santykio - branduolinės (abipusis protonų ir neutronų trauka) ir elektrinės (abipusis protonų atstūmimas).
Galingos branduolinės jėgos, veikiančios atomų branduoliuose, prisideda prie neutronų ir protonų virsmo vienas į kitą. Šios neutronų ir protonų sąveikos vyksta dėl lengvesnių elementariųjų dalelių, pavyzdžiui, mezonų, išsiskyrimo arba absorbcijos.
Mūsų laikomos dalelės vadinamos elementariosiomis, nes jos nesusideda iš kitų, paprastesnių materijos dalelių agregato. Tačiau kartu reikia nepamiršti, kad jie sugeba transformuotis vienas į kitą, atsirasti kito sąskaita. Taigi šios dalelės yra tam tikri sudėtingi dariniai, tai yra, jų elementari prigimtis yra sąlyginė.
Cheminė atomų sandara
Paprasčiausias atomas jo struktūroje yra vandenilio atomas. Jį sudaro tik dvi elementarios dalelės - protonas ir elektronas. Protonas vandenilio atomų sistemoje atlieka centrinio branduolio, aplink kurį tam tikra orbita sukasi elektronas, vaidmenį. Fig. 1 schematiškai parodytas vandenilio atomo modelis.
Ryžiai. 1. Vandenilio atomo sandaros diagrama
Šis modelis yra tik apytikslis tikrovės apytikslis vaizdas. Faktas yra tas, kad elektronas kaip „dalelių banga“ neturi tūrio, smarkiai atskirto nuo išorinės aplinkos. O tai reiškia, kad reikėtų kalbėti ne apie kažkokią tikslią tiesinę elektrono orbitą, o apie tam tikrą elektronų debesį. Šiuo atveju elektronas dažniausiai užima kokią nors vidurinę debesies liniją, kuri yra viena iš galimų jo orbitų atome.
Reikia pasakyti, kad paties elektrono orbita nėra griežtai nekintanti ir nejudanti atome – jis taip pat dėl elektrono masės kitimo daro tam tikrą sukimosi judesį. Todėl elektrono judėjimas atome yra gana sudėtingas. Kadangi vandenilio atomo (protono) branduolys ir aplink jį besisukantis elektronas turi priešingus elektros krūvius, jie traukia vienas kitą.
Tuo pačiu metu laisva elektrono energija, besisukanti aplink atomo branduolį, sukuria išcentrinę jėgą, kuri linkusi jį pašalinti iš branduolio. Todėl atomo branduolio ir elektrono tarpusavio traukos elektrinė jėga ir elektroną veikianti išcentrinė jėga yra priešingos jėgos.
Esant pusiausvyrai, jų elektronas tam tikroje atomo orbitoje užima gana stabilią padėtį. Kadangi elektrono masė yra labai maža, norint subalansuoti atomo branduolio traukos jėgą, jis turi suktis milžinišku greičiu, lygiu maždaug 6·1015 apsisukimų per sekundę. Tai reiškia, kad elektronas vandenilio atomo sistemoje, kaip ir bet kuris kitas atomas, juda savo orbita linijiniu greičiu, viršijančiu tūkstantį kilometrų per sekundę.
Normaliomis sąlygomis elektronas sukasi atome, esančiame arčiausiai branduolio esančioje orbitoje. Tuo pačiu metu jis turi mažiausią galimą energijos kiekį. Jei dėl vienokių ar kitokių priežasčių, pavyzdžiui, veikiamas kitų medžiagų dalelių, kurios įsiveržė į atominę sistemą, elektronas pasislenka į orbitą, esančią toliau nuo atomo, tada jis jau turės šiek tiek didesnį energijos kiekį.
Tačiau elektronas šioje naujoje orbitoje išlieka nereikšmingą laiką, po kurio jis sukasi atgal į orbitą, esančią arčiausiai atomo branduolio.Šio kurso metu jis atiduoda savo energijos perteklių magnetinės spinduliuotės kvanto pavidalu – spinduliavimo energija (2 pav.).
Ryžiai. 2. Kai elektronas juda iš tolimosios orbitos į esančią arčiau atomo branduolio, jis skleidžia spinduliavimo energijos kvantą.
Kuo daugiau energijos elektronas gauna iš išorės, tuo daugiau jis juda į orbitą, esančią toliausiai nuo atomo branduolio, ir tuo didesnį elektromagnetinės energijos kiekį jis skleidžia sukdamasis į arčiausiai branduolio esančią orbitą.
Išmatavus elektrono skleidžiamos energijos kiekį pereinant iš skirtingų orbitų į esančią arčiausiai atomo branduolio, buvo galima nustatyti, kad elektronas vandenilio atomo sistemoje, kaip ir bet kurios kitos orbitos sistemoje. atomas negali eiti į atsitiktinę orbitą, į griežtai nustatytą energiją, kurią jis gauna veikiamas išorinės jėgos. Orbitos, kurias elektronas gali užimti atome, vadinamos leidžiamomis orbitomis.
Kadangi teigiamas vandenilio atomo branduolio krūvis (protono krūvis) ir neigiamas elektrono krūvis yra skaitine prasme lygūs, jų bendras krūvis lygus nuliui. Tai reiškia, kad vandenilio atomas normalioje būsenoje yra elektriškai neutrali dalelė.
Tai pasakytina apie visų cheminių elementų atomus: bet kurio cheminio elemento atomas normalioje būsenoje yra elektriškai neutrali dalelė dėl teigiamų ir neigiamų krūvių skaitinės lygybės.
Kadangi vandenilio atomo branduolyje yra tik viena "elementarioji" dalelė - protonas, vadinamasis šio branduolio masės skaičius yra lygus vienetui. Bet kurio cheminio elemento atomo branduolio masės skaičius yra bendras protonų ir neutronų, sudarančių tą branduolį, skaičius.
Natūralus vandenilis daugiausia susideda iš atomų, kurių masės skaičius lygus vienetui, rinkinio. Tačiau jame taip pat yra kito tipo vandenilio atomų, kurių masės skaičius lygus dviem. Šių sunkiųjų vandenilio atomų, vadinamų deuteronais, branduoliai yra sudaryti iš dviejų dalelių – protono ir neutrono. Šis vandenilio izotopas vadinamas deuteriu.
Natūralus vandenilis turi labai mažai deuterio. Kiekvienam šešiems tūkstančiams lengvojo vandenilio atomų (masės skaičius lygus vienetui) yra tik vienas deuterio atomas (sunkusis vandenilis). Yra dar vienas vandenilio izotopas, ypač sunkusis vandenilis, vadinamas tričiu. Šio vandenilio izotopo atomo branduolyje yra trys dalelės: protonas ir du neutronai, sujungti branduolinėmis jėgomis. Tričio atomo branduolio masės skaičius yra trys, tai yra, tričio atomas yra tris kartus sunkesnis už lengvąjį vandenilio atomą.
Nors vandenilio izotopų atomai turi skirtingą masę, jie vis tiek turi tas pačias chemines savybes, pavyzdžiui, lengvasis vandenilis, cheminėje reakcijoje su deguonimi, sudaro su juo sudėtingą medžiagą – vandenį. Taip pat vandenilio izotopas deuteris, jungiantis su deguonimi, sudaro vandenį, kuris, skirtingai nei įprastas vanduo, vadinamas sunkiuoju vandeniu. Sunkusis vanduo plačiai naudojamas branduolinei (atominei) energijai gaminti.
Todėl atomų cheminės savybės priklauso ne nuo jų branduolių masės, o tik nuo atomo elektroninio apvalkalo sandaros. Kadangi lengvojo vandenilio, deuterio ir tričio atomai turi vienodą elektronų skaičių (po vieną kiekvienam atomui), šie izotopai turi tas pačias chemines savybes.
Neatsitiktinai cheminis elementas vandenilis užima pirmąjį skaičių periodinėje elementų lentelėje.Faktas yra tas, kad yra tam tikras ryšys tarp kiekvieno elemento skaičiaus periodinėje elementų lentelėje ir to elemento atomo branduolio krūvio dydžio. Jį galima suformuluoti taip: kiekvieno cheminio elemento eilės numeris periodinėje elementų lentelėje yra skaitine prasme lygus to elemento branduolio teigiamajam krūviui, taigi ir aplink jį besisukančių elektronų skaičiui.
Kadangi vandenilis elementų periodinėje lentelėje užima pirmąjį skaičių, tai reiškia, kad jo atomo branduolio teigiamas krūvis yra lygus vienetui ir vienas elektronas sukasi aplink branduolį.
Cheminis elementas helis yra antrasis periodinėje elementų lentelėje. Tai reiškia, kad jis turi teigiamą elektrinį branduolio krūvį, lygų dviem vienetams, tai yra, jo branduolyje turi būti du protonai, o atomo elektroniniame apvalkale - du elektrodai.
Natūralus helis susideda iš dviejų izotopų – sunkiojo ir lengvojo helio. Sunkiojo helio masės skaičius yra keturi. Tai reiškia, kad, be dviejų aukščiau paminėtų protonų, į sunkaus helio atomo branduolį turi patekti dar du neutronai. Kalbant apie lengvąjį helią, jo masės skaičius yra trys, tai yra, be dviejų protonų, į jo branduolio sudėtį turėtų patekti dar vienas neutronas.
Nustatyta, kad natūraliame helio lengvojo helio atomų skaičius yra maždaug viena milijonoji sunkiųjų genų atomų. Fig. 3 parodytas schematinis helio atomo modelis.
Ryžiai. 3. Helio atomo sandaros diagrama
Tolimesnė cheminių elementų atomų sandaros komplikacija kyla dėl protonų ir neutronų skaičiaus padidėjimo šių atomų branduoliuose ir kartu dėl aplink branduolius besisukančių elektronų skaičiaus padidėjimo (4 pav.). Naudojant periodinę elementų lentelę, lengva nustatyti elektronų, protonų ir neutronų, sudarančių skirtingus atomus, skaičių.
Ryžiai. 4. Atomų branduolių konstravimo schemos: 1 — helis, 2 — anglis, 3 — deguonis
Taisyklingas cheminio elemento skaičius lygus protonų skaičiui atomo branduolyje ir tuo pačiu aplink branduolį besisukančių elektronų skaičiui. Kalbant apie atominį svorį, jis yra maždaug lygus atomo masės skaičiui, tai yra, protonų ir neutronų, paimtų kartu branduolyje, skaičiui. Todėl iš elemento atominės masės atėmus skaičių, lygų elemento atominiam skaičiui, galima nustatyti, kiek neutronų yra tam tikrame branduolyje.
Nustatyta, kad lengvųjų cheminių elementų branduoliai, kurių sudėtyje yra vienodas protonų ir neutronų skaičius, išsiskiria labai dideliu stiprumu, nes juose esančios branduolinės jėgos yra gana didelės. Pavyzdžiui, sunkaus helio atomo branduolys yra itin patvarus, nes susideda iš dviejų protonų ir dviejų neutronų, sujungtų galingų branduolinių jėgų.
Sunkesnių cheminių elementų atomų branduoliuose jau yra nevienodas protonų ir neutronų skaičius, todėl jų ryšys branduolyje yra silpnesnis nei lengvųjų cheminių elementų branduoliuose. Šių elementų branduoliai gali būti gana lengvai suskaidomi, kai juos bombarduoja atominiai „sviediniai“ (neutronai, helio branduoliai ir kt.).
Kalbant apie sunkiausius cheminius elementus, ypač radioaktyvius, jų branduoliai pasižymi tokiu mažu stiprumu, kad jie spontaniškai suyra į sudedamąsias dalis. Pavyzdžiui, radioaktyvaus elemento radžio atomai, susidedantys iš 88 protonų ir 138 neutronų derinio, spontaniškai suyra, virsdami radioaktyvaus elemento radono atomais. Pastarųjų atomai savo ruožtu skyla į sudedamąsias dalis, pereina į kitų elementų atomus.
Trumpai susipažinę su cheminių elementų atomų branduolių sudedamosiomis dalimis, panagrinėkime atomų elektronų apvalkalų struktūrą. Kaip žinote, elektronai gali suktis aplink atomų branduolius tik griežtai apibrėžtomis orbitomis. Be to, jie taip susitelkę į kiekvieno atomo elektronų apvalkalą, kad galima atskirti atskirus elektronų apvalkalus.
Kiekviename apvalkale gali būti tam tikras skaičius elektronų, kurie neviršija griežtai tam tikro skaičiaus. Taigi, pavyzdžiui, pirmame elektronų apvalkale, esančiame arčiausiai atomo branduolio, gali būti daugiausiai du elektronai, antrajame - ne daugiau kaip aštuoni elektronai ir pan.
Tie atomai, kurių išoriniai elektronų apvalkalai yra visiškai užpildyti, turi stabiliausią elektronų apvalkalą. Tai reiškia, kad atomas tvirtai laiko visus savo elektronus ir jam nereikia gauti papildomo jų kiekio iš išorės. Pavyzdžiui, helio atomas turi du elektronus, visiškai užpildančius pirmąjį elektronų apvalkalą, o neono atomas turi dešimt elektronų, iš kurių pirmieji du visiškai užpildo pirmąjį elektronų apvalkalą, o likusieji – antrąjį (5 pav.).
Ryžiai. 5. Neono atomo sandaros diagrama
Todėl helio ir neono atomai turi gana stabilius elektronų apvalkalus, jie nėra linkę jų kiekybiškai keisti. Tokie elementai yra chemiškai inertiški, tai yra, jie nesąveikauja su kitais elementais.
Tačiau dauguma cheminių elementų turi atomų, kurių išoriniai elektronų apvalkalai nėra visiškai užpildyti elektronais. Pavyzdžiui, kalio atomas turi devyniolika elektronų, iš kurių aštuoniolika visiškai užpildo pirmuosius tris apvalkalus, o devynioliktas elektronas yra kitame, neužpildytame elektronų apvalkale. Silpnas ketvirtojo elektrono apvalkalo užpildymas elektronais lemia tai, kad atomo branduolys labai silpnai laiko atokiausią – devynioliktąjį elektroną, todėl pastarąjį galima lengvai pašalinti iš atomo. …
Arba, pavyzdžiui, deguonies atomas turi aštuonis elektronus, iš kurių du visiškai užpildo pirmąjį apvalkalą, o likę šeši yra antrajame. Taigi, norint visiškai užbaigti antrojo elektroninio apvalkalo deguonies atome konstrukciją, jam trūksta tik dviejų elektronų. Todėl deguonies atomas ne tik tvirtai laiko savo šešis elektronus antrajame apvalkale, bet ir turi galimybę pritraukti du trūkstamus elektronus, kad užpildytų savo antrąjį elektronų apvalkalą. Tai jis pasiekia cheminiu deriniu su tokių elementų atomais, kuriuose išoriniai elektronai yra silpnai susieti su jų branduoliais.
Cheminiai elementai, kurių atomai neturi išorinių elektronų sluoksnių, visiškai užpildytų elektronais, paprastai yra chemiškai aktyvūs, tai yra, jie noriai įsitraukia į cheminę sąveiką.
Taigi, elektronai cheminių elementų atomuose yra išsidėstę griežtai nustatyta tvarka, o bet koks jų erdvinio išsidėstymo ar kiekio pasikeitimas atomo elektronų apvalkale lemia pastarojo fizikinių ir cheminių savybių pasikeitimą.
Elektronų ir protonų skaičiaus lygybė atominėje sistemoje yra priežastis, kodėl jos bendras elektros krūvis yra lygus nuliui. Jei pažeidžiama elektronų ir protonų skaičiaus lygybė atominėje sistemoje, atomas tampa elektriškai įkrauta sistema.
Atomas, kurio sistemoje sutrinka priešingų elektros krūvių pusiausvyra dėl to, kad jis prarado dalį elektronų arba, atvirkščiai, įgijo jų perteklių, vadinamas jonu.
Priešingai, jei atomas įgyja perteklinį elektronų skaičių, jis tampa neigiamu jonu. Pavyzdžiui, chloro atomas, gavęs vieną papildomą elektroną, tampa vieno krūvio neigiamu chloro jonu Cl-... Deguonies atomas, gavęs du papildomus elektronus, tampa dvigubai įkrautu neigiamu deguonies jonu O ir pan.
Atomas, tapęs jonu, išorinės aplinkos atžvilgiu tampa elektriškai įkrauta sistema. O tai reiškia, kad atomas pradėjo turėti elektrinį lauką, su kuriuo jis sudaro vieną materialią sistemą ir per šį lauką atlieka elektrinę sąveiką su kitomis elektrą įkrautomis medžiagos dalelėmis - jonais, elektronais, teigiamai įkrautais atomų branduoliais, ir tt
Skirtingų jonų gebėjimas pritraukti vienas kitą yra priežastis, dėl kurios jie jungiasi chemiškai, sudarydami sudėtingesnes medžiagos daleles – molekules.
Apibendrinant reikėtų pažymėti, kad atomo matmenys yra labai dideli, palyginti su realių dalelių, iš kurių jie susideda, matmenimis. Sudėtingiausio atomo branduolys kartu su visais elektronais užima milijardąją atomo tūrio dalį. Paprastas skaičiavimas rodo, kad jei vieną kubinį metrą platinos galima prispausti taip stipriai, kad išnyktų atominės ir tarpatominės erdvės, tada bus gautas tūris, lygus maždaug vienam kubiniam milimetrui.