De structuur van atomen - elementaire materiedeeltjes, elektronen, protonen, neutronen

Alle fysieke lichamen in de natuur zijn gemaakt van een soort materie die materie wordt genoemd. Stoffen zijn onderverdeeld in twee hoofdgroepen: eenvoudige en complexe stoffen.

Complexe stoffen zijn die stoffen die door chemische reacties kunnen worden ontleed in andere, eenvoudigere stoffen. In tegenstelling tot complexe stoffen zijn eenvoudige stoffen stoffen die niet chemisch kunnen worden afgebroken tot nog eenvoudigere stoffen.

Een voorbeeld van een complexe stof is water, dat door een chemische reactie kan worden ontleed in twee andere, eenvoudigere stoffen: waterstof en zuurstof. Wat de laatste twee betreft, deze kunnen niet meer chemisch worden ontleed in eenvoudigere stoffen en zijn daarom enkelvoudige stoffen, of met andere woorden, chemische elementen.

In de eerste helft van de 19e eeuw ging de wetenschap ervan uit dat chemische elementen onveranderde stoffen waren die geen gemeenschappelijke relatie met elkaar hadden. Echter, de Russische wetenschapper D. I. Mendelejev (1834 - 1907) voor het eerst in 1869onthult de relatie tussen chemische elementen, waaruit blijkt dat het kwalitatieve kenmerk van elk van hen afhangt van het kwantitatieve kenmerk - atoomgewicht.

Bij het bestuderen van de eigenschappen van chemische elementen merkte D. I. Mendelejev op dat hun eigenschappen zich periodiek herhaalden, afhankelijk van hun atoomgewicht. Hij toonde deze periodiciteit in de vorm van een tabel, die de wetenschap binnenkwam onder de naam 'Mendelejevs periodiek systeem der elementen'.

Hieronder staat het moderne periodiek systeem van chemische elementen van Mendelejev.

Mendelejev tafel

Atomen

Volgens moderne wetenschappelijke concepten bestaat elk chemisch element uit een verzameling van de kleinste materiële (materiële) deeltjes die atomen worden genoemd.

Een atoom is de kleinste fractie van een chemisch element die niet langer chemisch kan worden ontleed in andere, kleinere en eenvoudigere materiële deeltjes.

Atomen van chemische elementen van verschillende aard verschillen van elkaar in hun fysisch-chemische eigenschappen, structuur, grootte, massa, atoomgewicht, eigen energie en enkele andere eigenschappen. Het waterstofatoom verschilt bijvoorbeeld sterk in zijn eigenschappen en structuur van het zuurstofatoom, en het laatste van het uraniumatoom, enzovoort.

Atomen van chemische elementen blijken extreem klein te zijn. Als we voorwaardelijk aannemen dat de atomen een bolvorm hebben, dan moeten hun diameters gelijk zijn aan honderd miljoenste van een centimeter. De diameter van een waterstofatoom - het kleinste atoom in de natuur - is bijvoorbeeld een honderd miljoenste van een centimeter (10-8 cm), en de diameter van de grootste atomen, bijvoorbeeld het uraniumatoom, is niet groter dan driehonderd miljoenste van een centimeter (3 10-8 cm).Daarom is het waterstofatoom even vaak kleiner dan de bol met een straal van één centimeter, als deze laatste kleiner is dan de bol.

Vanwege de zeer kleine omvang van atomen, is hun massa ook erg klein. De massa van een waterstofatoom is bijvoorbeeld m = 1,67·10-24 Dit betekent dat één gram waterstof ongeveer 6·1023 atomen bevat.

Voor de conventionele meeteenheid van de atoomgewichten van chemische elementen wordt 1/16 van het gewicht van een zuurstofatoom genomen. In overeenstemming met dit atoomgewicht van een chemisch element wordt een abstract getal genoemd, dat aangeeft hoeveel keer het gewicht van een bepaald chemisch element meer is dan 1/16 van het gewicht van een zuurstofatoom.

In het periodiek systeem der elementen van D. I. Mendeleev worden de atoomgewichten van alle chemische elementen gegeven (zie het nummer onder de naam van het element). Uit deze tabel zien we dat het lichtste atoom het waterstofatoom is, dat een atoomgewicht heeft van 1,008. Het atoomgewicht van koolstof is 12, zuurstof is 16, enzovoort.

Wat betreft de zwaardere chemische elementen, hun atoomgewicht is meer dan tweehonderd keer groter dan het atoomgewicht van waterstof. Dus de atoomwaarde van kwik is 200,6, radium is 226, enzovoort. Hoe hoger de nummervolgorde die wordt ingenomen door een chemisch element in het periodiek systeem der elementen, hoe groter het atoomgewicht.

De meeste atoomgewichten van chemische elementen worden uitgedrukt als gebroken getallen. Dit wordt tot op zekere hoogte verklaard door het feit dat dergelijke chemische elementen bestaan ​​uit een reeks van hoeveel soorten atomen met verschillende atoomgewichten maar met dezelfde chemische eigenschappen.

Chemische elementen die hetzelfde nummer innemen in het periodiek systeem der elementen en daarom dezelfde chemische eigenschappen hebben, maar met verschillende atoomgewichten, worden isotopen genoemd.

Isotopen komen voor in de meeste chemische elementen, er zijn twee isotopen, calcium - vier, zink - vijf, tin - elf, enz. Veel isotopen worden verkregen door middel van kunst, waarvan sommige van groot praktisch belang zijn.

Elementaire deeltjes materie

Lange tijd werd aangenomen dat de atomen van chemische elementen de grens vormen van de deelbaarheid van de materie, dat wil zeggen als het ware de elementaire "bouwstenen" van het universum. De moderne wetenschap verwerpt deze hypothese door vast te stellen dat het atoom van elk chemisch element een aggregaat is van nog kleinere materiële deeltjes dan het atoom zelf.

Volgens de elektronentheorie van de structuur van de materie is het atoom van elk chemisch element een systeem dat bestaat uit een centrale kern waaromheen "elementaire" deeltjes van het materiaal, elektronen genaamd, draaien. Volgens algemeen aanvaarde opvattingen bestaan ​​de kernen van atomen uit een reeks "elementaire" materiële deeltjes - protonen en neutronen.

Om de structuur van atomen en de fysisch-chemische processen daarin te begrijpen, is het noodzakelijk om op zijn minst kort vertrouwd te raken met de basiskenmerken van de elementaire deeltjes waaruit atomen bestaan.

Er is vastgesteld dat een elektron een echt deeltje is met de kleinste negatieve elektrische lading die in de natuur wordt waargenomen.

Als we voorwaardelijk aannemen dat het elektron als deeltje een bolvorm heeft, dan zou de diameter van het elektron gelijk moeten zijn aan 4 ·10-13 cm, dat wil zeggen, het is tienduizenden keren kleiner dan de diameter van elk atoom.

Een elektron heeft, net als elk ander materieel deeltje, massa. De "rustmassa" van het elektron, dat wil zeggen de massa die het bezit in een toestand van relatieve rust, is gelijk aan mo = 9,1 · 10-28 G.

De extreem kleine "rustmassa" van het elektron geeft aan dat de traagheidseigenschappen van het elektron extreem zwak zijn, waardoor het elektron onder invloed van een wisselende elektrische kracht in de ruimte kan oscilleren met een frequentie van vele miljarden perioden per seconde.

De massa van het elektron is zo klein dat er 1027 eenheden nodig zijn om één gram elektronen te produceren. Om op zijn minst enig fysiek idee te hebben van dit kolossaal grote aantal, zullen we een voorbeeld geven. Als één gram elektronen in een rechte lijn dicht bij elkaar zou kunnen worden gerangschikt, dan zouden ze een keten van vier miljard kilometer lang vormen.

De massa van het elektron hangt, net als elk ander microdeeltje, af van de snelheid van zijn beweging. Een elektron in een staat van relatieve rust heeft een "rustmassa" van mechanische aard, vergelijkbaar met de massa van elk fysiek lichaam. Wat betreft de "bewegingsmassa" van het elektron, die toeneemt naarmate de bewegingssnelheid toeneemt, deze is van elektromagnetische oorsprong. Dit komt door de aanwezigheid van een elektromagnetisch veld in een bewegend elektron als een soort materie met massa en elektromagnetische energie.

Hoe sneller het elektron beweegt, hoe meer de traagheidseigenschappen van zijn elektromagnetische veld tot uiting komen, des te groter is de massa van de laatste en dienovereenkomstig zijn elektromagnetische energie.Aangezien het elektron met zijn elektromagnetische veld een enkel organisch verbonden materiaalsysteem vertegenwoordigt, is het het is natuurlijk dat de impulsmassa van het elektromagnetische veld van het elektron direct aan het elektron zelf wordt toegeschreven.

Het elektron heeft naast de eigenschappen van een deeltje ook golfeigenschappen.Experimenteel werd vastgesteld dat de stroom van elektronen zich, net als een lichtstroom, voortplant in de vorm van een golfachtige beweging. De aard van de golfbeweging van de elektronenstroom in de ruimte wordt bevestigd door de verschijnselen van interferentie en diffractie van elektronengolven.

Elektronische interferentie Is het fenomeen van superpositie van elektronenwillen op elkaar en elektronendiffractie — dit is het fenomeen van elektronengolven die buigen aan de randen van een nauwe spleet waar de elektronenstraal doorheen gaat. Daarom is het elektron niet zomaar een deeltje, maar een "deeltjesgolf", waarvan de lengte afhangt van de massa en snelheid van het elektron.

Vastgesteld werd dat het elektron naast zijn translatiebeweging ook een rotatiebeweging om zijn as uitvoert. Dit type elektronenbeweging wordt "spin" genoemd (van het Engelse woord "spin" - spindel). Door deze beweging krijgt het elektron naast de elektrische eigenschappen door de elektrische lading ook magnetische eigenschappen, in dit opzicht gelijkend op een elementaire magneet.

Een proton is een reëel deeltje met een positieve elektrische lading die in absolute waarde gelijk is aan de elektrische lading van een elektron.

De massa van het proton is 1,67 ·10-24 r, dat wil zeggen ongeveer 1840 keer groter dan de "rustmassa" van het elektron.

In tegenstelling tot een elektron en een proton heeft een neutron geen elektrische lading, dat wil zeggen, het is een elektrisch neutraal "elementair" materiedeeltje. De massa van het neutron is praktisch gelijk aan de massa van het proton.

De elektronen, protonen en neutronen waaruit atomen bestaan, werken met elkaar samen. Vooral elektronen en protonen trekken elkaar aan als deeltjes met tegengestelde elektrische ladingen.Tegelijkertijd stoten elektron uit elektron en proton uit proton elkaar af als deeltjes met dezelfde elektrische lading.

Al deze elektrisch geladen deeltjes interageren via hun elektrische velden. Deze velden zijn een speciaal soort materie die bestaat uit een verzameling elementaire materiële deeltjes die fotonen worden genoemd. Elk foton heeft een strikt gedefinieerde hoeveelheid energie (energiekwantum) die inherent is aan het foton.

De interactie van deeltjes van elektrisch geladen materiële materialen vindt plaats door de uitwisseling van fotonen met elkaar. De kracht van interactie van elektrisch geladen deeltjes wordt gewoonlijk de elektrische kracht genoemd.

Neutronen en protonen in de kernen van atomen hebben ook een wisselwerking met elkaar. Deze interactie tussen hen vindt echter niet meer plaats via een elektrisch veld, aangezien het neutron een elektrisch neutraal materiedeeltje is, maar via de zogenaamde nucleair gebied.

Dit veld is ook een speciaal soort materie dat bestaat uit een verzameling elementaire materiaaldeeltjes die mesonen worden genoemd... De interactie van neutronen en protonen vindt plaats door de uitwisseling van mesonen met elkaar. De kracht van interactie tussen neutronen en protonen wordt de kernkracht genoemd.

Er is vastgesteld dat kernkrachten in de kernen van atomen werken op extreem kleine afstanden - ongeveer 10-13 cm.

Kernkrachten zijn veel groter dan de elektrische krachten van wederzijdse afstoting van protonen in de kern van een atoom. Dit leidt ertoe dat ze niet alleen in staat zijn om de krachten van wederzijdse afstoting van protonen in de kernen van atomen te overwinnen, maar ook om zeer sterke systemen van kernen te creëren uit de verzameling protonen en neutronen.

De stabiliteit van de kern van elk atoom hangt af van de verhouding van twee tegenstrijdige krachten: nucleair (wederzijdse aantrekking van protonen en neutronen) en elektrisch (wederzijdse afstoting van protonen).

Krachtige kernkrachten die in de kernen van atomen werken, dragen bij aan de transformatie van neutronen en protonen in elkaar. Deze interacties van neutronen en protonen vinden plaats als gevolg van het vrijkomen of absorberen van lichtere elementaire deeltjes, bijvoorbeeld mesonen.

De door ons beschouwde deeltjes worden elementair genoemd omdat ze niet bestaan ​​uit een aggregaat van andere, eenvoudigere deeltjes materie. Maar tegelijkertijd mogen we niet vergeten dat ze in elkaar kunnen veranderen, kunnen ontstaan ​​ten koste van de ander. Deze deeltjes zijn dus enkele complexe formaties, dat wil zeggen dat hun elementaire aard voorwaardelijk is.

Chemische structuur van atomen

Het eenvoudigste atoom in zijn structuur is het waterstofatoom. Het bestaat uit een verzameling van slechts twee elementaire deeltjes - een proton en een elektron. Het proton in het waterstofatoomsysteem speelt de rol van een centrale kern waaromheen een elektron in een bepaalde baan draait. In afb. 1 toont schematisch een model van het waterstofatoom.

Rijst. 1. Schema van de structuur van het waterstofatoom

Dit model is slechts een ruwe benadering van de werkelijkheid. Het feit is dat het elektron als een "golf van deeltjes" geen volume heeft dat scherp is afgebakend van de externe omgeving. En dit betekent dat men niet moet spreken over een of andere exacte lineaire baan van het elektron, maar over een soort elektronenwolk. In dit geval bezet het elektron meestal een middellijn van de wolk, wat een van zijn mogelijke banen in het atoom is.

Het moet gezegd worden dat de baan van het elektron zelf niet strikt onveranderlijk en stationair is in het atoom - het maakt ook, vanwege de verandering in de massa van het elektron, een bepaalde rotatiebeweging. Daarom is de beweging van een elektron in een atoom relatief gecompliceerd. Omdat de kern van het waterstofatoom (proton) en het elektron dat eromheen draait tegengestelde elektrische ladingen hebben, trekken ze elkaar aan.

Tegelijkertijd ontwikkelt de vrije energie van het elektron, dat rond de kern van het atoom draait, een middelpuntvliedende kracht die de neiging heeft om het uit de kern te verwijderen. Daarom zijn de elektrische kracht van wederzijdse aantrekking tussen de kern van het atoom en het elektron en de middelpuntvliedende kracht die op het elektron werkt tegengestelde krachten.

In evenwicht neemt hun elektron een relatief stabiele positie in een baan in het atoom in. Aangezien de massa van het elektron erg klein is, moet het, om de aantrekkingskracht op de kern van het atoom in evenwicht te brengen, ronddraaien met een enorme snelheid gelijk aan ongeveer 6·1015 omwentelingen per seconde. Dit betekent dat een elektron in het systeem van een waterstofatoom, net als elk ander atoom, langs zijn baan beweegt met een lineaire snelheid van meer dan duizend kilometer per seconde.

Onder normale omstandigheden draait een elektron in een atoom van het soort in de baan die het dichtst bij de kern ligt. Tegelijkertijd heeft het de minimaal mogelijke hoeveelheid energie. Als om de een of andere reden, bijvoorbeeld onder invloed van andere materiële deeltjes die het atoomsysteem zijn binnengedrongen, het elektron naar een baan beweegt die verder van het atoom verwijderd is, dan heeft het al een iets grotere hoeveelheid energie.

Het elektron blijft echter een onbeduidende tijd in deze nieuwe baan, waarna het terugdraait naar de baan die het dichtst bij de kern van het atoom ligt.Tijdens deze loop geeft het zijn overtollige energie op in de vorm van een kwantum magnetische straling - stralingsenergie (fig. 2).

Rijst. 2. Wanneer een elektron van een verre baan naar een baan dichter bij de kern van een atoom beweegt, zendt het een hoeveelheid stralingsenergie uit

Hoe meer energie het elektron van buitenaf ontvangt, hoe meer het in de baan beweegt die het verst van de kern van het atoom verwijderd is, en hoe groter de hoeveelheid elektromagnetische energie die het uitzendt wanneer het naar de baan draait die zich het dichtst bij de kern bevindt.

Door de hoeveelheid energie te meten die het elektron uitstraalt tijdens de overgang van verschillende banen naar de baan die zich het dichtst bij de kern van het atoom bevindt, kon worden vastgesteld dat een elektron in het systeem van een waterstofatoom, net als in het systeem van elk ander atoom, kan niet naar een willekeurige baan gaan, naar een strikt bepaalde in overeenstemming met deze energie die het ontvangt onder invloed van een externe kracht. De banen die een elektron in een atoom kan innemen, worden toegestane orbitalen genoemd.

Aangezien de positieve lading van de kern van het waterstofatoom (de lading van het proton) en de negatieve lading van het elektron numeriek gelijk zijn, is hun totale lading nul. Dit betekent dat het waterstofatoom in zijn normale toestand een elektrisch neutraal deeltje is.

Dit geldt voor de atomen van alle chemische elementen: het atoom van elk chemisch element in zijn normale toestand is een elektrisch neutraal deeltje vanwege de numerieke gelijkheid van positieve en negatieve ladingen.

Aangezien de kern van een waterstofatoom slechts één "elementair" deeltje bevat - een proton, is het zogenaamde massagetal van deze kern gelijk aan één. Het massagetal van de kern van een atoom van een chemisch element is het totale aantal protonen en neutronen waaruit die kern bestaat.

Natuurlijke waterstof bestaat voornamelijk uit een verzameling atomen met een massagetal gelijk aan één. Het bevat echter ook een ander type waterstofatomen, met een massagetal gelijk aan twee. De kernen van deze zware waterstofatomen, deuteronen genaamd, bestaan ​​uit twee deeltjes, een proton en een neutron. Deze isotoop van waterstof wordt deuterium genoemd.

Natuurlijke waterstof bevat zeer kleine hoeveelheden deuterium. Voor elke zesduizend lichte waterstofatomen (massagetal gelijk aan één) is er slechts één deuteriumatoom (zware waterstof). Er is nog een isotoop van waterstof, superzware waterstof genaamd tritium. In de kern van een atoom van deze waterstofisotoop bevinden zich drie deeltjes: een proton en twee neutronen, samengebonden door kernkrachten. Het massagetal van de kern van een tritiumatoom is drie, dat wil zeggen dat het tritiumatoom drie keer zwaarder is dan het lichte waterstofatoom.

Hoewel de atomen van waterstofisotopen verschillende massa's hebben, hebben ze nog steeds dezelfde chemische eigenschappen, bijvoorbeeld lichte waterstof, die een chemische reactie aangaat met zuurstof, vormt daarmee een complexe substantie - water. Evenzo combineert de isotoop van waterstof, deuterium, zich met zuurstof om water te vormen, dat, in tegenstelling tot gewoon water, zwaar water wordt genoemd. Zwaar water wordt veel gebruikt bij de productie van nucleaire (atoom) energie.

Daarom zijn de chemische eigenschappen van atomen niet afhankelijk van de massa van hun kernen, maar alleen van de structuur van de elektronenschil van het atoom. Omdat atomen van lichte waterstof, deuterium en tritium hetzelfde aantal elektronen hebben (één voor elk atoom), hebben deze isotopen dezelfde chemische eigenschappen.

Het is geen toeval dat het chemische element waterstof het eerste getal in het periodiek systeem der elementen inneemt.Het feit is dat er een verband bestaat tussen het aantal van elk element in het periodiek systeem der elementen en de grootte van de lading op de kern van een atoom van dat element. Het kan als volgt worden geformuleerd: het serienummer van elk chemisch element in het periodiek systeem der elementen is numeriek gelijk aan de positieve lading van de kern van dat element, en dus aan het aantal elektronen dat eromheen draait.

Aangezien waterstof het eerste getal is in het periodiek systeem der elementen, betekent dit dat de positieve lading van de kern van zijn atoom gelijk is aan één en dat één elektron rond de kern draait.

Het chemische element helium staat op de tweede plaats in het periodiek systeem der elementen. Dit betekent dat het een positieve elektrische lading van de kern heeft die gelijk is aan twee eenheden, dat wil zeggen dat de kern twee protonen moet bevatten, en in de elektronenschil van het atoom - twee elektroden.

Natuurlijk helium bestaat uit twee isotopen: zwaar en licht helium. Het massagetal van zwaar helium is vier. Dit betekent dat naast de twee hierboven genoemde protonen nog twee neutronen de kern van het zware heliumatoom moeten binnendringen. Wat betreft het lichte helium, het massagetal is drie, dat wil zeggen dat er naast twee protonen nog een neutron in de samenstelling van de kern moet komen.

Gebleken is dat in natuurlijk helium het aantal lichte heliumatomen ongeveer een miljoenste is van het aantal zware genatomen. In afb. 3 toont een schematisch model van het heliumatoom.

Rijst. 3. Schema van de structuur van het heliumatoom

De verdere complicatie van de structuur van atomen van chemische elementen is te wijten aan een toename van het aantal protonen en neutronen in de kernen van deze atomen en tegelijkertijd aan een toename van het aantal elektronen dat rond de kernen roteert (Fig. 4). Met behulp van het periodiek systeem der elementen is het eenvoudig om het aantal elektronen, protonen en neutronen te bepalen waaruit verschillende atomen bestaan.

Rijst. 4. Schema's van de constructie van atoomkernen: 1 — helium, 2 — koolstof, 3 — zuurstof

Het reguliere getal van een scheikundig element is gelijk aan het aantal protonen in de kern van het atoom en tegelijkertijd het aantal elektronen dat rond de kern draait. Wat betreft het atoomgewicht, het is ongeveer gelijk aan het massagetal van het atoom, dat wil zeggen het aantal protonen en neutronen samen genomen in de kern. Door van het atoomgewicht van een element een getal af te trekken dat gelijk is aan het atoomnummer van het element, is het daarom mogelijk om te bepalen hoeveel neutronen er in een bepaalde kern zitten.

Er is vastgesteld dat de kernen van lichte chemische elementen, die een gelijk aantal protonen en neutronen in hun samenstelling hebben, zich onderscheiden door een zeer hoge sterkte, omdat de kernkrachten daarin relatief groot zijn. De kern van een zwaar heliumatoom is bijvoorbeeld extreem duurzaam omdat deze bestaat uit twee protonen en twee neutronen die aan elkaar zijn gebonden door krachtige kernkrachten.

De kernen van de atomen van zwaardere chemische elementen bevatten in hun samenstelling al een ongelijk aantal protonen en neutronen, daarom is hun binding in de kern zwakker dan in de kernen van lichte chemische elementen. De kernen van deze elementen kunnen relatief gemakkelijk worden gesplitst wanneer ze worden gebombardeerd met atomaire "projectielen" (neutronen, heliumkernen, enz.).

Wat betreft de zwaarste chemische elementen, vooral de radioactieve, hun kernen worden gekenmerkt door zo'n lage sterkte dat ze spontaan uiteenvallen in hun samenstellende delen. Atomen van het radioactieve element radium, bestaande uit een combinatie van 88 protonen en 138 neutronen, vervallen bijvoorbeeld spontaan en worden atomen van het radioactieve element radon. De atomen van de laatste vallen op hun beurt uiteen in hun samenstellende delen en gaan over in de atomen van andere elementen.

Laten we, nadat we ons kort vertrouwd hebben gemaakt met de samenstellende delen van de kernen van atomen van chemische elementen, eens kijken naar de structuur van de elektronenschillen van atomen. Zoals u weet, kunnen elektronen alleen in strikt gedefinieerde banen rond de kernen van atomen draaien. Bovendien zijn ze zo geclusterd in de elektronenschil van elk atoom dat er individuele elektronenschillen te onderscheiden zijn.

Elke schil kan een bepaald aantal elektronen bevatten, dat een strikt bepaald aantal niet overschrijdt. Dus in de eerste elektronenschil die zich het dichtst bij de kern van een atoom bevindt, kunnen er bijvoorbeeld maximaal twee elektronen zijn, in de tweede - niet meer dan acht elektronen, enz.

Die atomen waarin de buitenste elektronenschillen volledig gevuld zijn, hebben de meest stabiele elektronenschil. Dit betekent dat een atoom al zijn elektronen stevig vasthoudt en er geen extra hoeveelheid van buitenaf hoeft op te nemen. Een heliumatoom heeft bijvoorbeeld twee elektronen die de eerste elektronenschil volledig vullen, en een neonatoom heeft tien elektronen, waarvan de eerste twee de eerste elektronenschil volledig vullen en de rest - de tweede (Fig. 5).

Rijst. 5. Schema van de structuur van het neonatoom

Daarom hebben helium- en neonatomen redelijk stabiele elektronenschillen, ze hebben niet de neiging om ze op een kwantitatieve manier te veranderen. Dergelijke elementen zijn chemisch inert, dat wil zeggen dat ze geen chemische interactie aangaan met andere elementen.

De meeste chemische elementen hebben echter atomen waarbij de buitenste elektronenschillen niet volledig gevuld zijn met elektronen. Een kaliumatoom heeft bijvoorbeeld negentien elektronen, waarvan er achttien de eerste drie schillen volledig vullen, en het negentiende elektron bevindt zich in de volgende, ongevulde elektronenschil. De zwakke vulling van de vierde elektronenschil met elektronen leidt ertoe dat de kern van het atoom het buitenste - het negentiende elektron - zeer zwak vasthoudt, en daarom kan dit laatste gemakkelijk uit het atoom worden verwijderd. …

Of het zuurstofatoom heeft bijvoorbeeld acht elektronen, waarvan er twee de eerste schil volledig vullen en de overige zes zich in de tweede schil bevinden. Voor de volledige voltooiing van de constructie van de tweede elektronenschil in het zuurstofatoom ontbreken dus slechts twee elektronen. Daarom houdt het zuurstofatoom niet alleen zijn zes elektronen stevig vast in de tweede schil, maar heeft het ook het vermogen om twee ontbrekende elektronen naar zich toe te trekken om zijn tweede elektronenschil te vullen. Dit bereikt hij door chemische combinatie met de atomen van dergelijke elementen waarin de buitenste elektronen zwak geassocieerd zijn met hun kernen.

Chemische elementen waarvan de atomen geen buitenste elektronenlagen hebben die volledig gevuld zijn met elektronen, zijn in de regel chemisch actief, dat wil zeggen dat ze gewillig een chemische interactie aangaan.

De elektronen in de atomen van de chemische elementen zijn dus gerangschikt in een strikt gedefinieerde volgorde, en elke verandering in hun ruimtelijke ordening of hoeveelheid in de elektronenschil van het atoom leidt tot een verandering in de fysisch-chemische eigenschappen van de laatste.

De gelijkheid van het aantal elektronen en protonen in het atoomsysteem is de reden waarom de totale elektrische lading nul is. Als de gelijkheid van het aantal elektronen en protonen in het atoomsysteem wordt geschonden, wordt het atoom een ​​elektrisch geladen systeem.

Een atoom in het systeem waarvan de balans van tegengestelde elektrische ladingen wordt verstoord doordat het een deel van zijn elektronen heeft verloren of juist een overschot heeft gekregen, wordt een ion genoemd.

Integendeel, als een atoom een ​​overmaat aan elektronen krijgt, wordt het een negatief ion. Een chlooratoom dat bijvoorbeeld een extra elektron heeft ontvangen, wordt een enkelvoudig geladen negatief chloorion Cl-... Een zuurstofatoom dat twee extra elektronen heeft ontvangen, wordt een dubbel geladen negatief zuurstofion O, enzovoort.
Een atoom dat een ion is geworden, wordt een elektrisch geladen systeem ten opzichte van de externe omgeving. En dit betekent dat het atoom een ​​elektrisch veld begon te krijgen, waarmee het één enkel materieel systeem vormt, en via dit veld voert het elektrische interactie uit met andere elektrisch geladen materiedeeltjes - ionen, elektronen, positief geladen atoomkernen, enz.

Het vermogen van verschillende ionen om elkaar aan te trekken is de reden dat ze zich chemisch combineren en complexere materiedeeltjes vormen - moleculen.

Concluderend moet worden opgemerkt dat de afmetingen van het atoom erg groot zijn in vergelijking met de afmetingen van de echte deeltjes waaruit ze zijn samengesteld. De kern van het meest complexe atoom neemt samen met alle elektronen een miljardste van het volume van het atoom in beslag. Een simpele rekensom laat zien dat als een kubieke meter platina zo strak kan worden geperst dat de intra-atomaire en interatomaire ruimten verdwijnen, er een volume ontstaat dat gelijk is aan ongeveer een kubieke millimeter.