Атомы

Сами атомы по современным пред­ставлениям состоят из трех основных частиц: протонов, нейтронов и элект­ронов. (Существует много других атомных и субатомных частиц, но их рассмотрение выходит за рамки этой книги.) Модель атома можно предста­вить следующим образом: в малень­кой сердцевине атома находится ядро, в котором ядерными силами удержи­ваются протоны и нейтроны; вокруг ядра по своим орбитам вращаются электроны, похожие на планеты, обра­щающиеся вокруг Солнца. Каждый протон несет на себе заряд, равный по модулю электрическому заряду элект­рона, но противоположный по знаку, поскольку электроны несут на себе отрицательные заряды. Нейтроны нейтральны или не заряжены. Части­цы, формирующие ядро, т. е. протоны и нейтроны, известны под общим наз­ванием нуклоны. Масса электрона составляет 9,1х10^-31кг — невероят­но малая масса. Весьма небольшая сила, действующая на электрон, может ускорять его до фантастически высо­ких скоростей. Масса протона почти такая же, как и масса нейтрона, и примерно в 1840 раз больше массы электрона. Таким образом, масса ато­ма практически полностью сконцент­рирована в ядре атома и практически равна массе его нуклонов, т. е. сумме масс нуклонов (протонов и нейтро­нов), которые составляют ядро.

Типичными значениями для диа­метра ядра и диаметра атома явля­ются 10^-14 м и 10^-10 соответст­венно (рис. 1.7), т. е. диаметр атома примерно в 10 000 раз больше диамет­ра ядра. Наименьшим известным ато­мом является атом водорода (рис. 1.8, а); он же является единственным ато­мом, в ядре которого нет нейтронов. Некоторое представление о соотноше­нии размеров ядра и орбиты электрона в атоме водорода дает следующее сравнение: если протон представить по размеру, равным Лондону, то электрон будет вращаться по орбите с радиусом, равным расстоянию от Лондона до Ньюкасла и Парижа при условии, что между этими городами ничего нет. Итак, большая часть объема атома свободна.

В нейтральном атоме должно быть равное число протонов и электронов, так, чтобы электрические заряды взаимно уничтожались. Рисунок 1.8,6 демонстрирует нейтральный атом нат­рия, электроны которого показаны на электронных оболочках. Если нейт­ральный атом теряет электрон, то ос­тальная часть атома, называемая ионом, приобретает положительный заряд. Ион — это любая заряженная частица, обычно состоящая из атома (или группы атомов), который или по­терял, или приобрел один или больше электронов. Электроны, будучи отри­цательно заряженными частицами, сами могут рассматриваться как отри­цательные ионы.