- Строение атома. Элементарный электрический заряд
- Свободные носители зарядов. Проводники и диэлектрики
- знать, из каких частиц состоит атом; определения: положительный и отрицательный ион, элементарный электрический заряд, свободный носитель заряда; различия в строение проводников и диэлектриков
- уметь объяснять, в каком случае атом нейтрален; объяснять, как получить отрицательный или положительный ион; отличать проводники и диэлектрики
- Из каких частиц состоит вещество?
- Происходят ли изменения в химическом составе вещества при его электризации?
- Чем проводники отличаются от диэлектриков?
Строение атома. Элементарный электрический заряд
Нам уже известно, что все вещества состоят из молекул, молекулы — из атомов, атомы — из нейтронов, протонов и электронов. Атомы любого вещества имеют схожее строение, но всегда отличается количество частиц, входящих в состав атома.
На рисунке 1 представлена современная планетарная модель атома.
Рис. 1. Планетарная модель атома
В центре атома находится положительно заряженное ядро. В ядре находятся положительно заряженные частицы — протоны и частицы, не имеющие заряда, — нейтроны. Вокруг ядра по орбитам вращаются электроны — отрицательно заряженные частицы.
Масса электрона в сотни раз меньше массы протона и нейтрона, поэтому основная масса атома сосредоточена в ядре. Массы протона и нейтрона имеют приблизительно равные значения.
Заряд электрона численно равен заряду протона. Количество протонов и электронов в атоме одинаково, поэтому суммарный заряд атома равен нулю.
Количество электронов в атоме равно количеству протонов. Так как протоны заряжены положительно, а электроны — отрицательно, суммарный заряд атома равен нулю — атом электрически нейтрален.
Следует понимать, что заряд протона и электрона неотделим от самой частицы также, как её масса. Эксперименты показывают, что заряд электрона (или протона) является минимально возможным, неделимым зарядом.
Элементарный электрический заряд — минимальный электрический заряд, равный по величине модулю заряда электрона: |qe| = 1,6 ∙ 10-19 Кл.
Рис. 2. Модель атома лития
На рисунке 2 представлена модель атома лития, который содержит 3 протона, 3 электрона и 4 нейтрона. Заряд ядра лития равен +3 — по количеству протонов в ядре, так как нейтроны являются электрически нейтральными частицами.
Количество протонов в ядре каждого атома неизменно, в то время как электроны могут переходить от одного атома к другому. Поэтому химические свойства вещества определяет количество протонов.
Заряд ядра равен количеству протонов. Количество протонов определяет химические свойства вещества. Все атомы одного и того же химического элемента содержат одинаковое количество протонов.
Как нам стало известно, электроны движутся вокруг ядра по своим орбитам. При трении двух тел электроны с внешней орбиты одного тела могут переходить к другому телу. В этом случае количество протонов у первого тела становится больше количества электронов — атом уже не будет электрически нейтрален, его заряд станет положительным. Такой атом называется положительным ионом.
Второе тело, участвующее во взаимодействии, напротив, получит электроны, его заряд становится отрицательным. Такой атом называется отрицательным ионом.
Атом, потерявший один или несколько электронов, называется
положительным ионом
.
Атом, присоединивший один или несколько электронов, называется отрицательным ионом .
Свободные носители зарядов. Проводники и диэлектрики
Различные вещества обладают разной способностью принимать и отдавать электроны.
Если атомы вещества легко отдают или принимают электроны, такое вещество хорошо электризуется.
Рис. 3. Движение свободных электронов в металлах
Существуют вещества, в которых электроны могут свободно перемещаться по всему объёму вещества — они называются свободными.
Свободными электронами обладают все металлы, благодаря чему эти вещества являются хорошими проводниками электричества. При вылете электронов из атомов металла в узлах кристаллической решётки остаются положительно заряженные ионы (рис. 3).
В растворах солей, щелочей и кислот присутствует большое количество положительных и отрицательных ионов, образующихся в результате распада молекул. Такие ионы могут свободно перемещаться по всему объёму жидкости. Благодаря наличию большого количество свободных ионов, жидкости также, как и металлы, хорошо проводят электрический ток.
Заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться по всему объёму вещества (свободные электроны в металлах, ионы в растворах), называются свободными носителями зарядов .
Тела, которые обладают свободными носителями зарядов, называются
проводниками
.
Вещества, в которых нет свободных носителей зарядов, называются диэлектриками .
Таким образом, проводниками являются все металлы и различные растворы солей и кислот. В диэлектриках электроны не могут покинуть атомы, к таким веществам относятся все существующие газы, эбонит, резина, стекло, различные пластики.
Помимо проводников и диэлектриков, существуют полупроводники — вещества, в которых количество свободных носителей зарядов может меняться в зависимости от температуры, освещения и других условий.
Итоги
- Атом состоит из положительно заряженных протонов, нейтрально заряженных нейтронов и отрицательно заряженных электронов.
- Элементарный электрический заряд — минимальный электрический заряд, равный по величине модулю заряда электрона: |qe| = 1,6 ∙ 10-19 Кл.
- Заряд ядра равен количеству протонов. Количество протонов определяет химические свойства вещества. Все атомы одного и того же химического элемента содержат одинаковое количество протонов.
- Атом, потерявший один или несколько электронов, называется положительным ионом . Атом, присоединивший один или несколько электронов, называется отрицательным ионом .
- Если вещество обладает свободными носителями зарядов, оно называется проводником . Если все электроны вещества связаны — диэлектриком .
Контрольные вопросы
1. Как из нейтрального атома получить отрицательно заряженный ион?
2. Атом кислорода содержит 16 электронов, сколько протонов входит в состав атома?
3. Чем внутреннее строение диэлектриков отличается от строения проводников?
