Разнополюсные протон и электрон несут каждый в себе элементарные, т. е. одинаковые по абсолютной величине электрические заряды, причём масса протона в 1836 раз превосходит массу электрона.
Существование в составе атомов элементарных зарядов является причиной наблюдаемых электрических явлений. В любом атоме число положительно заряженных протонов ядра равно числу электронов. Поэтому в обычном состоянии атом электрически нейтрален.
Если от атома отщепить хотя бы один электрон, равновесие зарядов в атоме нарушается, и он превращается в положительный ион. Атом, потерявший один электрон, воздействует на окружающие заряды как элементарный положительный заряд – протон. При потере атомом двух или более электронов положительный заряд образовавшегося иона равен сумме отрицательных зарядов потерянных электронов.
Электроны, вращающиеся по орбитам вокруг ядра, называются связанными электронами. Они как бы привязаны к ядру силами электрического притяжения, несмотря на действие на них других соседних зарядов.
Электроны, покинувшие атом, называются свободными. Они могут перемещаться внутри вещества и взаимодействовать с другими зарядами вещества – электронами, ионами и ядрами атомов.
Может получиться так, что свободный электрон будет захвачен ядром какого-либо атома, бывшего до этого нейтральным. Атом, получив добавочный электрон, превращается в отрицательный ион. В нём число отрицательных зарядов электронов преобладает над числом положительных зарядов ядра.
Таким образом, электрически заряженными частицами в веществе являются положительные и отрицательные ионы и электроны. Между этими частицами и происходят электрические взаимодействия, проявляющиеся во взаимном притяжении тел с разноимёнными зарядами и отталкивании тел с зарядами одного знака.
Примерные контрольные вопросы
1. Характерные особенности строения атома.
2. Дайте характеристику иона.
3. Что означает «свободные» и «связанные» электроны?
4. Какие частицы в веществе несут в себе электрические заряды и как они взаимодействуют между собой?
5. Что является причиной наблюдаемых электрических явлений?
2. Проводники, изоляторы и полупроводники
Чем дальше от ядра расположены орбиты связанных электронов, тем слабее они притягиваются ядром и тем легче могут быть оторваны от атома внешними силами, например силами взаимодействия с другими зарядами, и превратиться в свободные электроны.
У некоторых химических элементов электроны отрываются от атомов очень легко. В таких веществах обычно находится большое число свободных электронов, которые хаотически перемещаются между молекулами.
У других веществ – электролитов при растворении их в воде часть молекул распадается (диссоциирует) на два иона: положительный и отрицательный. Эти ионы также представляют собой свободные заряды и могут перемещаться внутри жидкости так же, как свободные электроны в твёрдых веществах.
Вещества, в которых при обычных условиях имеется большое количество свободных зарядов, называются проводниками. В проводниках благодаря наличию свободных зарядов легко осуществить их направленное движение, т. е. создать электрический ток.
К проводникам относятся все металлы, уголь, а также растворы солей, кислот и щелочей в воде.
В отличие от проводников, вещества, называемые изоляторами, не имеют свободных электронов, так как все электроны крепко связаны со своими ядрами. Из-за отсутствия свободных электронов заряды в изоляторах перемещаться не могут. К изоляторам относятся фарфор, резина, шёлк, слюда и многие другие материалы.
Кроме проводников и изоляторов существует большое число веществ, обладающих промежуточными свойствами. В этих веществах при обычных условиях свободных электронов мало, но их число может очень сильно меняться под действием внешних условий (температуры, освещённости и т. д.), или при введении в них даже незначительного количества примесей. Такие вещества называются полупроводниками. К ним относятся некоторые химические элементы (кремний, германий, селен), большинство минералов, а также некоторые неорганические соединения (оксиды, сульфиды и др.).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.