Основы химии: атомы, молекулы, связи, реакции… Кратко, точно, научно и доходчиво

Протоны и нейтроны вместе образуют ядро атома, которое имеет размеры примерно в 10000 раз меньше, чем величина самого атома. Это примерно такая же разница, как между размером стадиона типа Лужников и футбольным мячом. То есть почти вся масса атома находится в «футбольном мяче», а легкие электроны создают объём «стадиона».

Ядро имеет положительный заряд, равный сумме зарядов протонов (или что тоже самое – числу протонов в ядре), и массу, равную числу протонов и нейтронов, так как масса каждого считается равной 1.

Электрон по-гречески означает «янтарь». Это потому, что ещё пару тысяч лет назад древние греки обнаружили, что если янтарь потереть шерстяной тканью, то он начинает притягивать разные мелкие предметы – волосинки, пылинки, кусочки бумаги. В конце концов физики полностью изучили это явление, которое получило от янтаря название «электричество», а одному и носителей электичества дали название «электрон». Заряд у электрона противоположен заряду протона и равен -1. В природе не существует заряда меньше, чем у протона и электрона. (Опять-таки, у физиков есть теория, что такие частицы существуют, и физики уже многие годы пытаются такие частицы обнаружить, но пока безуспешно. И даже если такие частицы найдут, они будут только в отдельных лабораториях и даже скорее всего только в виде снимков.)

У электрона есть масса, но она примерно в 2000 раз меньше массы протона и поэтому не учитывается в химии.

Опыт для определения заряда окружающих нас предметов

Как известно из курса физики, электрические заряды разных знаков притягиваются, а одинаковых знаков отталкиваются.

Для начала сделаем опыт с пластмассовой расчёской: возьмите листок бумаги и оторвите от него несколько мелких кусочков шириной 2—3 мм. Затем возьмите расчёску (не металлическую!) и поднесите её к бумажным обрывкам.

Обратите внимание, что бумажки не притягиваются к расчёске.

Теперь несколько раз проведите расчёской по своим волосам. Снова поднесите расчёску к бумажкам – они притянутся к расчёске и прилипнут к ней. Через некоторое время они упадут вниз.

Можно снова провести расчёской по волосам и она опять будет притягивать бумажки…

Что произошло? Разные вещества с разной силой притягивают электроны. Когда вы прикасались расчёской к волосам, часть электронов перешла от волос на расчёску и зарядила её отрицательно. Волосы при этом зарядились положительно.

Заряженная расчёска вызывает изменение распределения зарядов в бумажках и они притягиваются из-за взаимодействия электрических зарядов. Через некоторое время избыточный заряд расчёски переходит на молекулы воздуха, сила притяжения уменьшается и бумажки опять падают.

Этот опыт очень простой, безопасный и наглядный. Можно самому убедиться, что притяжение, вызванное электрическими силами больше, чем гравитационное притяжение Земли.

Вы также могли видеть, как легкие ткани могут притягиваться друг к другу – это тоже электрическое притяжение.

Теперь вторая часть опыта: внимательно посмотрите вокруг и поищите – что ещё так же сильно притягивается друг к другу, как бумажки к наэлектризованной расчёске? Или отталкивается, как одинаковые электрические заряды?

Скорее всего вы увидите, что все предметы спокойно стоят и никакого сильного и заметного притяжения не наблюдается.

Какой же вывод можно сделать из этого наблюдения? Каков заряд окружающих нас предметов?

Вывод такой: так как они не притягиваются и не отталкиваются друг от друга, то их заряд равен НУЛЮ!

Это очень важный вывод для физики и химии —

в обычном состоянии окружающие нас предметы, которые состоят из молекул и атомов, имеют нулевой суммарный заряд, хотя они и состоят из огромного количества протонов и электронов.

Размеры атомов. зависимость размера атома от его места в таблице Менделеева

Размеры атомов на первый взгляд ведут себя странно: в одном периоде слева направо с увеличением массы и заряда атома их размер уменьшается. Самый большой по диаметру атом находится в первой группе, а самый маленький – в последней (восьмой).

При этом при движении сверху вниз по группам логика просматривается – чем ниже, тем больше и заряд, и масса, и диаметр атома.

Почему такое происходит?

Дело в том, что электроны в атомах не летают в беспорядке вокруг ядра. Они организованы и занимают строго определённые положения.

Как выяснили физики уже после появления таблицы Менделеева, электроны создают вокруг ядра слои из электронов. И каждый следующий слой имеет больший радиус и больший объём, соответственно в нем может разместиться больше электронов.