Štruktúra atómov — elementárne častice hmoty, elektróny, protóny, neutróny
Všetky fyzické telá v prírode sú vyrobené z druhu hmoty nazývanej hmota. Látky sa delia na dve hlavné skupiny — jednoduché a zložité látky.
Komplexné látky sú také látky, ktoré sa chemickými reakciami môžu rozložiť na iné, jednoduchšie látky. Na rozdiel od zložitých látok sú jednoduché látky také, ktoré sa nedajú chemicky rozložiť na ešte jednoduchšie látky.
Príkladom komplexnej látky je voda, ktorá sa chemickou reakciou môže rozložiť na dve ďalšie, jednoduchšie látky – vodík a kyslík. Pokiaľ ide o posledné dve, tie sa už nedajú chemicky rozložiť na jednoduchšie látky, a teda ide o jednoduché látky, alebo inými slovami o chemické prvky.
V prvej polovici 19. storočia existoval vo vede predpoklad, že chemické prvky sú nezmenené látky, ktoré nemajú medzi sebou spoločný vzťah. Ruský vedec D. I. Mendelejev (1834 — 1907) však prvýkrát v roku 1869odhaľuje vzťah chemických prvkov, pričom ukazuje, že kvalitatívna charakteristika každého z nich závisí od jeho kvantitatívnej charakteristiky - atómovej hmotnosti.
Pri štúdiu vlastností chemických prvkov si D. I. Mendelejev všimol, že ich vlastnosti sa periodicky opakujú v závislosti od ich atómovej hmotnosti. Túto periodicitu ukázal vo forme tabuľky, ktorá vstúpila do vedy pod názvom „Mendelejevova periodická tabuľka prvkov“.
Nižšie je Mendelejevova moderná periodická tabuľka chemických prvkov.
Atómy
Podľa moderných vedeckých koncepcií sa každý chemický prvok skladá zo súboru najmenších hmotných (materiálových) častíc nazývaných atómy.
Atóm je najmenšia časť chemického prvku, ktorá sa už nedá chemicky rozložiť na iné, menšie a jednoduchšie hmotné častice.
Atómy chemických prvkov rôznej povahy sa navzájom líšia svojimi fyzikálno-chemickými vlastnosťami, štruktúrou, veľkosťou, hmotnosťou, atómovou hmotnosťou, vlastnou energiou a niektorými ďalšími vlastnosťami. Napríklad atóm vodíka sa svojimi vlastnosťami a štruktúrou výrazne líši od atómu kyslíka a druhý od atómu uránu atď.
Zistilo sa, že atómy chemických prvkov majú extrémne malú veľkosť. Ak podmienečne predpokladáme, že atómy majú guľový tvar, potom sa ich priemery musia rovnať stovkám milióntin centimetra. Napríklad priemer atómu vodíka – najmenšieho atómu v prírode – je sto milióntiny centimetra (10 – 8 cm) a priemer najväčších atómov, napríklad atómu uránu, nepresahuje tristo. milióntiny centimetra (3 10-8 cm).Preto je atóm vodíka toľkokrát menší ako guľa s polomerom jedného centimetra, ako je táto guľa menšia ako zemeguľa.
Vzhľadom na veľmi malú veľkosť atómov je ich hmotnosť tiež veľmi malá. Napríklad hmotnosť atómu vodíka je m = 1,67· 10-24 To znamená, že jeden gram vodíka obsahuje približne 6·1023 atómov.
Pre konvenčnú jednotku merania atómových hmotností chemických prvkov sa berie 1/16 hmotnosti atómu kyslíka. V súlade s touto atómovou hmotnosťou chemického prvku sa nazýva abstraktné číslo, ktoré udáva, koľkokrát je hmotnosť daného chemického prvku väčšia ako 1/16 hmotnosti atómu kyslíka.
V periodickej tabuľke prvkov D. I. Mendelejeva sú uvedené atómové hmotnosti všetkých chemických prvkov (viď číslo pod názvom prvku). Z tejto tabuľky vidíme, že najľahší atóm je atóm vodíka, ktorý má atómovú hmotnosť 1,008. Atómová hmotnosť uhlíka je 12, kyslíka 16 atď.
Čo sa týka ťažších chemických prvkov, ich atómová hmotnosť prevyšuje atómovú hmotnosť vodíka viac ako dvestokrát. Atómová hodnota ortuti je teda 200,6, rádia 226 atď. Čím vyššie číslo zaberá chemický prvok v periodickej tabuľke prvkov, tým väčšia je atómová hmotnosť.
Väčšina atómových hmotností chemických prvkov je vyjadrená ako zlomkové čísla. To sa do istej miery vysvetľuje skutočnosťou, že takéto chemické prvky pozostávajú zo súboru koľkých typov atómov s rôznymi atómovými hmotnosťami, ale s rovnakými chemickými vlastnosťami.
Chemické prvky, ktoré zaberajú rovnaké číslo v periodickej tabuľke prvkov, a preto majú rovnaké chemické vlastnosti, ale s rôznou atómovou hmotnosťou, sa nazývajú izotopy.
Izotopy sa nachádzajú vo väčšine chemických prvkov, existujú dva izotopy, vápnik - štyri, zinok - päť, cín - jedenásť atď. Mnohé izotopy sa získavajú prostredníctvom umenia, niektoré z nich majú veľký praktický význam.
Elementárne častice hmoty
Dlho sa verilo, že atómy chemických prvkov sú hranicou deliteľnosti hmoty, teda akoby základnými „stavebnými kameňmi“ vesmíru. Moderná veda odmieta túto hypotézu tým, že stanovuje, že atóm akéhokoľvek chemického prvku je zhlukom ešte menších hmotných častíc ako je samotný atóm.
Podľa elektrónovej teórie štruktúry hmoty je atóm akéhokoľvek chemického prvku systém pozostávajúci z centrálneho jadra, okolo ktorého obiehajú „elementárne“ častice materiálu nazývané elektróny. Jadrá atómov podľa všeobecne uznávaných názorov pozostávajú zo súboru „elementárnych“ hmotných častíc — protónov a neutrónov.
Aby sme pochopili štruktúru atómov a fyzikálno-chemické procesy v nich, je potrebné sa aspoň v krátkosti oboznámiť so základnými charakteristikami elementárnych častíc, z ktorých sa atómy skladajú.
Zistilo sa, že elektrón je skutočná častica s najmenším záporným elektrickým nábojom pozorovaným v prírode.
Ak podmienečne predpokladáme, že elektrón ako častica má sférický tvar, potom by sa priemer elektrónu mal rovnať 4 · 10-13 cm, to znamená, že je desaťtisíckrát menší ako priemer každého atómu.
Elektrón, ako každá iná hmotná častica, má hmotnosť. „Kľudová hmotnosť“ elektrónu, teda hmotnosť, ktorú má v stave relatívneho pokoja, sa rovná mo = 9,1 · 10-28 G.
Extrémne malá "pokojová hmotnosť" elektrónu naznačuje, že inerciálne vlastnosti elektrónu sú extrémne slabé, čo znamená, že elektrón môže pod vplyvom striedavej elektrickej sily oscilovať v priestore s frekvenciou mnohých miliárd periód za sekundu. druhý.
Hmotnosť elektrónu je taká malá, že na výrobu jedného gramu elektrónov je potrebných 1027 jednotiek. Aby sme mali aspoň nejakú fyzickú predstavu o tomto kolosálne veľkom počte, uvedieme príklad. Ak by sa jeden gram elektrónov podarilo usporiadať v priamke blízko seba, potom by vytvorili reťaz dlhú štyri miliardy kilometrov.
Hmotnosť elektrónu, ako aj každej inej materiálovej mikročastice, závisí od rýchlosti jeho pohybu. Elektrón v stave relatívneho pokoja má „kľudovú hmotnosť“ mechanickej povahy, podobnú hmotnosti akéhokoľvek fyzického tela. Čo sa týka „hmotnosti pohybu“ elektrónu, ktorá sa zväčšuje so zvyšujúcou sa rýchlosťou jeho pohybu, je elektromagnetického pôvodu. Je to spôsobené prítomnosťou elektromagnetického poľa v pohybujúcom sa elektróne ako druhu hmoty s hmotnosťou a elektromagnetickou energiou.
Čím rýchlejšie sa elektrón pohybuje, tým viac sa prejavujú inerciálne vlastnosti jeho elektromagnetického poľa, tým väčšia je jeho hmotnosť a tým aj jeho elektromagnetická energia.Keďže elektrón so svojím elektromagnetickým poľom predstavuje jediný organicky spojený materiálový systém, je prirodzené, že hybná hmotnosť elektromagnetického poľa elektrónu sa priamo pripisuje samotnému elektrónu.
Elektrón má okrem vlastností častice aj vlnové vlastnosti.Experimentálne sa zistilo, že tok elektrónov sa podobne ako svetelný tok šíri vo forme vlnovitého pohybu. Charakter vlnového pohybu toku elektrónov v priestore potvrdzujú javy interferencie a difrakcie elektrónových vĺn.
Elektronická interferencia Je jav superpozície elektrónových vôlí na sebe a elektrónovej difrakcie — ide o jav ohýbania elektrónových vĺn na okrajoch úzkej štrbiny, cez ktorú prechádza elektrónový lúč. Preto elektrón nie je len častica, ale «časticová vlna», ktorej dĺžka závisí od hmotnosti a rýchlosti elektrónu.
Zistilo sa, že elektrón okrem svojho translačného pohybu vykonáva aj rotačný pohyb okolo svojej osi. Tento typ pohybu elektrónov sa nazýva "spin" (z anglického slova "spin" - vreteno). V dôsledku tohto pohybu získava elektrón okrem elektrických vlastností vďaka elektrickému náboju aj magnetické vlastnosti, pripomínajúce v tomto smere elementárny magnet.
Protón je skutočná častica s kladným elektrickým nábojom, ktorý sa v absolútnej hodnote rovná elektrickému náboju elektrónu.
Hmotnosť protónu je 1,67 · 10-24 r, čo je približne 1840-krát väčšia ako „pokojná hmotnosť“ elektrónu.
Neutrón na rozdiel od elektrónu a protónu nemá elektrický náboj, to znamená, že je to elektricky neutrálna „elementárna“ častica hmoty. Hmotnosť neutrónu sa prakticky rovná hmotnosti protónu.
Elektróny, protóny a neutróny, ktoré tvoria atómy, sa navzájom ovplyvňujú. Najmä elektróny a protóny sa navzájom priťahujú ako častice s opačnými elektrickými nábojmi.Zároveň sa elektrón od elektrónu a protón od protónu odpudzujú ako častice s rovnakým elektrickým nábojom.
Všetky tieto elektricky nabité častice interagujú prostredníctvom svojich elektrických polí. Tieto polia sú špeciálnym druhom hmoty pozostávajúcej zo súboru častíc elementárneho materiálu nazývaných fotóny. Každý fotón má presne definované množstvo energie (energetické kvantum), ktoré je mu vlastné.
Interakcia častíc elektricky nabitých materiálových materiálov prebieha prostredníctvom vzájomnej výmeny fotónov. Sila interakcie elektricky nabitých častíc sa zvyčajne nazýva elektrická sila.
Neutróny a protóny v jadrách atómov tiež navzájom interagujú. Táto interakcia medzi nimi však už neprebieha cez elektrické pole, keďže neutrón je elektricky neutrálna častica hmoty, ale cez tzv. jadrové pole.
Toto pole je tiež zvláštnym druhom hmoty pozostávajúcej zo súboru elementárnych hmotných častíc nazývaných mezóny... Interakcia neutrónov a protónov prebieha prostredníctvom vzájomnej výmeny mezónov. Sila interakcie medzi neutrónmi a protónmi sa nazýva jadrová sila.
Zistilo sa, že jadrové sily pôsobia v jadrách atómov na extrémne malé vzdialenosti - asi 10-13 cm.
Jadrové sily vysoko prevyšujú elektrické sily vzájomného odpudzovania protónov v jadre atómu. To vedie k tomu, že sú schopné nielen prekonať sily vzájomného odpudzovania protónov vo vnútri jadier atómov, ale aj vytvárať veľmi silné systémy jadier zo zbierky protónov a neutrónov.
Stabilita jadra akéhokoľvek atómu závisí od pomeru dvoch protichodných síl - jadrovej (vzájomná príťažlivosť protónov a neutrónov) a elektrickej (vzájomné odpudzovanie protónov).
Výkonné jadrové sily pôsobiace v jadrách atómov prispievajú k vzájomnej premene neutrónov a protónov. K týmto interakciám neutrónov a protónov dochádza v dôsledku uvoľnenia alebo absorpcie ľahších elementárnych častíc, napríklad mezónov.
Nami uvažované častice sa nazývajú elementárne, pretože sa neskladajú z agregátu iných, jednoduchších častíc hmoty. No zároveň nesmieme zabúdať, že sa dokážu navzájom premieňať, vznikať na úkor toho druhého. Tieto častice sú teda niektorými zložitými formáciami, to znamená, že ich elementárna povaha je podmienená.
Chemická štruktúra atómov
Najjednoduchším atómom vo svojej štruktúre je atóm vodíka. Pozostáva zo súboru iba dvoch elementárnych častíc — protónu a elektrónu. Protón v systéme atómov vodíka hrá úlohu centrálneho jadra, okolo ktorého rotuje elektrón po určitej dráhe. Na obr. 1 schematicky znázorňuje model atómu vodíka.
Ryža. 1. Schéma štruktúry atómu vodíka
Tento model je len hrubým priblížením skutočnosti. Elektrón ako „vlna častíc“ totiž nemá objem ostro ohraničený od vonkajšieho prostredia. A to znamená, že by sa nemalo hovoriť o nejakej presnej lineárnej dráhe elektrónu, ale o akomsi elektrónovom oblaku. V tomto prípade elektrón najčastejšie zaberá nejakú strednú čiaru oblaku, čo je jedna z jeho možných dráh v atóme.
Malo by sa povedať, že samotná dráha elektrónu nie je v atóme striktne nemenná a stacionárna - tiež v dôsledku zmeny hmotnosti elektrónu vykonáva určitý rotačný pohyb. Preto je pohyb elektrónu v atóme pomerne komplikovaný. Keďže jadro atómu vodíka (protón) a okolo neho obiehajúci elektrón majú opačné elektrické náboje, navzájom sa priťahujú.
Zároveň voľná energia elektrónu, rotujúceho okolo jadra atómu, vyvíja odstredivú silu, ktorá má tendenciu ho z jadra odstrániť. Preto sú elektrická sila vzájomnej príťažlivosti medzi jadrom atómu a elektrónu a odstredivá sila pôsobiaca na elektrón protichodnými silami.
V rovnováhe ich elektrón zaujíma relatívne stabilnú polohu na nejakej dráhe v atóme. Keďže hmotnosť elektrónu je veľmi malá, musí sa elektrón otáčať obrovskou rýchlosťou rovnajúcou sa asi 6 · 1015 otáčkam za sekundu, aby sa vyrovnala sila príťažlivosti k jadru atómu. To znamená, že elektrón v systéme atómu vodíka, ako každý iný atóm, sa pohybuje po svojej dráhe lineárnou rýchlosťou presahujúcou tisíc kilometrov za sekundu.
Za normálnych podmienok sa elektrón otáča v atóme takého druhu na dráhe, ktorá je najbližšie k jadru. Zároveň disponuje minimálnym možným množstvom energie. Ak sa z toho či onoho dôvodu, napríklad vplyvom iných hmotných častíc, ktoré napadli atómový systém, elektrón presunie na dráhu, ktorá je vzdialenejšia od atómu, potom už bude mať o niečo väčšie množstvo energie.
Elektrón však zostáva na tejto novej dráhe zanedbateľnú dobu, po ktorej sa otáča späť na dráhu najbližšie k jadru atómu.Počas tohto priebehu odovzdáva svoju prebytočnú energiu vo forme kvanta magnetického žiarenia – žiarivej energie (obr. 2).
Ryža. 2. Keď sa elektrón presunie zo vzdialenej dráhy na dráhu bližšie k jadru atómu, vyžaruje kvantum žiarivej energie
Čím viac energie dostane elektrón zvonku, tým viac sa pohybuje na dráhu, ktorá je najvzdialenejšia od jadra atómu, a tým väčšie množstvo elektromagnetickej energie vyžaruje, keď sa otáča na dráhu najbližšiu k jadru.
Meraním množstva energie emitovanej elektrónom počas prechodu z rôznych obežných dráh na dráhu najbližšie k jadru atómu bolo možné stanoviť, že elektrón v systéme atómu vodíka, ako v systéme akéhokoľvek iného atóm, nemôže ísť na náhodnú dráhu, na presne určenú v súlade s touto energiou, ktorú dostáva pod vplyvom vonkajšej sily. Dráhy, ktoré môže elektrón obsadiť v atóme, sa nazývajú povolené orbitály.
Keďže kladný náboj jadra atómu vodíka (náboj protónu) a záporný náboj elektrónu sú číselne rovnaké, ich celkový náboj je nulový. To znamená, že atóm vodíka je vo svojom normálnom stave elektricky neutrálna častica.
To platí pre atómy všetkých chemických prvkov: atóm akéhokoľvek chemického prvku v normálnom stave je elektricky neutrálna častica v dôsledku číselnej rovnosti kladných a záporných nábojov.
Keďže jadro atómu vodíka obsahuje iba jednu „elementárnu“ časticu — protón, takzvané hmotnostné číslo tohto jadra sa rovná jednej. Hmotnostné číslo jadra atómu akéhokoľvek chemického prvku je celkový počet protónov a neutrónov, ktoré tvoria toto jadro.
Prírodný vodík pozostáva hlavne zo súboru atómov s hmotnostným číslom rovným jednej. Obsahuje však aj iný typ atómov vodíka s hmotnostným číslom rovným dvom. Jadrá týchto ťažkých atómov vodíka, nazývané deuteróny, sa skladajú z dvoch častíc, protónu a neutrónu. Tento izotop vodíka sa nazýva deutérium.
Prírodný vodík obsahuje veľmi malé množstvo deutéria. Na každých šesťtisíc atómov ľahkého vodíka (hmotnostné číslo rovné jednej) pripadá iba jeden atóm deutéria (ťažký vodík). Existuje ďalší izotop vodíka, superťažký vodík nazývaný trícium. V jadre atómu tohto izotopu vodíka sú tri častice: protón a dva neutróny, ktoré sú navzájom spojené jadrovými silami. Hmotnostné číslo jadra atómu trícia je tri, to znamená, že atóm trícia je trikrát ťažší ako ľahký atóm vodíka.
Hoci atómy izotopov vodíka majú rôznu hmotnosť, stále majú rovnaké chemické vlastnosti, napríklad ľahký vodík, ktorý vstupuje do chemickej reakcie s kyslíkom, s ním vytvára komplexnú látku - vodu. Rovnako izotop vodíka, deutérium, sa spája s kyslíkom za vzniku vody, ktorá sa na rozdiel od bežnej vody nazýva ťažká voda. Ťažká voda má široké využitie pri výrobe jadrovej (atómovej) energie.
Preto chemické vlastnosti atómov nezávisia od hmotnosti ich jadier, ale len od štruktúry elektrónového obalu atómu. Pretože atómy ľahkého vodíka, deutéria a trícia majú rovnaký počet elektrónov (jeden pre každý atóm), tieto izotopy majú rovnaké chemické vlastnosti.
Nie je náhodou, že chemický prvok vodík zaberá prvé číslo v periodickej tabuľke prvkov.Faktom je, že existuje určitý vzťah medzi počtom každého prvku v periodickej tabuľke prvkov a veľkosťou náboja na jadre atómu tohto prvku. Dá sa formulovať takto: poradové číslo každého chemického prvku v periodickej tabuľke prvkov sa číselne rovná kladnému náboju jadra tohto prvku, a teda počtu elektrónov, ktoré sa okolo neho otáčajú.
Keďže vodík zaberá prvé číslo v periodickej tabuľke prvkov, znamená to, že kladný náboj jadra jeho atómu je rovný jednej a jeden elektrón obieha okolo jadra.
Chemický prvok hélium je druhý v periodickej tabuľke prvkov. To znamená, že má kladný elektrický náboj jadra rovný dvom jednotkám, to znamená, že jeho jadro musí obsahovať dva protóny a v elektrónovom obale atómu - dve elektródy.
Prírodné hélium pozostáva z dvoch izotopov – ťažkého a ľahkého hélia. Hmotnostné číslo ťažkého hélia je štyri. To znamená, že okrem vyššie uvedených dvoch protónov musia do jadra ťažkého atómu hélia vstúpiť ešte dva neutróny. Čo sa týka ľahkého hélia, jeho hmotnostné číslo je tri, to znamená, že okrem dvoch protónov by do zloženia jeho jadra mal vstúpiť ešte jeden neutrón.
Zistilo sa, že v prirodzenom héliu je počet atómov ľahkého hélia približne jedna milióntina atómov ťažkého génu. Na obr. 3 ukazuje schematický model atómu hélia.
Ryža. 3. Schéma štruktúry atómu hélia
Ďalšia komplikácia štruktúry atómov chemických prvkov je spôsobená zvýšením počtu protónov a neutrónov v jadrách týchto atómov a súčasne zvýšením počtu elektrónov rotujúcich okolo jadier (obr. 4). Pomocou periodickej tabuľky prvkov je ľahké určiť počet elektrónov, protónov a neutrónov, ktoré tvoria rôzne atómy.
Ryža. 4. Schémy stavby atómových jadier: 1 — hélium, 2 — uhlík, 3 — kyslík
Pravidelný počet chemického prvku sa rovná počtu protónov v jadre atómu a zároveň počtu elektrónov obiehajúcich okolo jadra. Čo sa týka atómovej hmotnosti, tá sa približne rovná hmotnostnému číslu atómu, teda počtu protónov a neutrónov, ktoré sú v jadre dohromady. Preto odčítaním čísla rovného atómovému číslu prvku od atómovej hmotnosti prvku je možné určiť, koľko neutrónov je obsiahnutých v danom jadre.
Zistilo sa, že jadrá ľahkých chemických prvkov, ktoré majú vo svojom zložení rovnaký počet protónov a neutrónov, sa vyznačujú veľmi vysokou pevnosťou, pretože jadrové sily v nich sú relatívne veľké. Napríklad jadro ťažkého atómu hélia je mimoriadne odolné, pretože pozostáva z dvoch protónov a dvoch neutrónov, ktoré sú navzájom spojené silnými jadrovými silami.
Jadrá atómov ťažších chemických prvkov už vo svojom zložení obsahujú nerovnaký počet protónov a neutrónov, preto je ich väzba v jadre slabšia ako v jadrách ľahkých chemických prvkov. Jadrá týchto prvkov sa dajú pomerne ľahko rozštiepiť pri bombardovaní atómovými „projektilmi“ (neutróny, jadrá hélia atď.).
Čo sa týka najťažších chemických prvkov, najmä rádioaktívnych, ich jadrá sa vyznačujú takou nízkou pevnosťou, že sa samovoľne rozpadajú na jednotlivé časti. Napríklad atómy rádioaktívneho prvku rádia, pozostávajúceho z kombinácie 88 protónov a 138 neutrónov, sa spontánne rozpadajú a stávajú sa atómami rádioaktívneho prvku radónu. Ich atómy sa zase rozpadajú na svoje základné časti a prechádzajú na atómy iných prvkov.
Po krátkom oboznámení sa so základnými časťami jadier atómov chemických prvkov uvažujme o štruktúre elektrónových obalov atómov. Ako viete, elektróny sa môžu otáčať okolo jadier atómov iba po presne definovaných dráhach. Navyše sú tak zoskupené v elektrónovom obale každého atómu, že je možné rozlíšiť jednotlivé elektrónové obaly.
Každý obal môže obsahovať určitý počet elektrónov, ktoré nepresahujú striktne určitý počet. Takže napríklad v prvom elektrónovom obale, ktorý je najbližšie k jadru atómu, môžu byť maximálne dva elektróny, v druhom - nie viac ako osem elektrónov atď.
Tie atómy, v ktorých sú vonkajšie elektrónové obaly úplne vyplnené, majú najstabilnejší elektrónový obal. To znamená, že atóm pevne drží všetky svoje elektróny a nepotrebuje ich zvonku prijímať ďalšie množstvo. Napríklad atóm hélia má dva elektróny úplne vypĺňajúce prvý elektrónový obal a atóm neónu má desať elektrónov, z ktorých prvé dva úplne vypĺňajú prvý elektrónový obal a zvyšok - druhý (obr. 5).
Ryža. 5. Schéma štruktúry atómu neónu
Preto atómy hélia a neónu majú pomerne stabilné elektrónové obaly, nemajú tendenciu ich kvantitatívne meniť. Takéto prvky sú chemicky inertné, to znamená, že nevstupujú do chemickej interakcie s inými prvkami.
Avšak väčšina chemických prvkov má atómy, kde vonkajšie elektrónové obaly nie sú úplne naplnené elektrónmi. Napríklad atóm draslíka má devätnásť elektrónov, z ktorých osemnásť úplne vypĺňa prvé tri obaly a devätnásty elektrón je v ďalšom, nevyplnenom elektrónovom obale. Slabé naplnenie štvrtého elektrónového obalu elektrónmi vedie k tomu, že jadro atómu veľmi slabo drží najvzdialenejší - devätnásty elektrón, a preto sa dá z atómu ľahko odstrániť. …
Alebo napríklad atóm kyslíka má osem elektrónov, z ktorých dva úplne vyplňujú prvý obal a zvyšných šesť sa nachádza v druhom obale. Na úplné dokončenie stavby druhého elektrónového obalu v atóme kyslíka mu teda chýbajú len dva elektróny. Preto atóm kyslíka nielen pevne drží svojich šesť elektrónov v druhom obale, ale má tiež schopnosť pritiahnuť dva chýbajúce elektróny k sebe, aby naplnili jeho druhý elektrónový obal. Dosahuje to chemickou kombináciou s atómami takých prvkov, v ktorých sú vonkajšie elektróny slabo spojené s ich jadrami.
Chemické prvky, ktorých atómy nemajú vonkajšie elektrónové vrstvy úplne naplnené elektrónmi, sú spravidla chemicky aktívne, to znamená, že dobrovoľne vstupujú do chemickej interakcie.
Elektróny v atómoch chemických prvkov sú teda usporiadané v presne definovanom poradí a akákoľvek zmena ich priestorového usporiadania alebo množstva v elektrónovom obale atómu vedie k zmene fyzikálno-chemických vlastností atómu.
Rovnosť počtu elektrónov a protónov v atómovom systéme je dôvodom, prečo je jeho celkový elektrický náboj nulový. Ak sa poruší rovnosť počtu elektrónov a protónov v atómovom systéme, potom sa atóm stane elektricky nabitým systémom.
Atóm, v ktorého sústave je narušená rovnováha opačných elektrických nábojov v dôsledku toho, že stratil časť elektrónov alebo ich naopak získal nadbytok, sa nazýva ión.
Naopak, ak atóm získa nadbytočný počet elektrónov, stáva sa záporným iónom. Napríklad atóm chlóru, ktorý prijal jeden dodatočný elektrón, sa stane jednoducho nabitým záporným iónom chlóru Cl-... Atóm kyslíka, ktorý prijal dva ďalšie elektróny, sa stane dvojnásobne nabitým záporným iónom kyslíka O atď.
Atóm, ktorý sa stal iónom, sa stáva elektricky nabitým systémom vzhľadom na vonkajšie prostredie. A to znamená, že atóm začal vlastniť elektrické pole, s ktorým tvorí jeden hmotný systém a prostredníctvom tohto poľa uskutočňuje elektrickú interakciu s inými elektricky nabitými časticami hmoty – iónmi, elektrónmi, kladne nabitými jadrami atómov, atď.
Schopnosť rôznych iónov navzájom sa priťahovať je dôvodom, prečo sa chemicky spájajú a vytvárajú zložitejšie častice hmoty - molekuly.
Na záver treba poznamenať, že rozmery atómu sú veľmi veľké v porovnaní s rozmermi skutočných častíc, z ktorých sú zložené. Jadro najzložitejšieho atómu spolu so všetkými elektrónmi zaberá jednu miliardtinu objemu atómu. Jednoduchý výpočet ukazuje, že ak je možné jeden kubický meter platiny stlačiť tak tesne, že vnútroatómové a medziatómové priestory zmiznú, získa sa objem rovnajúci sa asi jednému kubickému milimeter.