Что находится внутри атома?

Меньше самого малого

Атомы невероятно малы. Несколько миллионов атомов, выстроенных в ряд, едва перекрыли бы точку в конце этого предложения.

Слово «атом» происходит от греческого atomos, что означает «неделимый». Долгое время люди считали атомы самыми маленькими из возможных частиц. Затем, начиная с 1897 года, учёные обнаружили, что атомы построены из ещё более мелких частей.

Ядро: протоны и нейтроны

В центре каждого атома находится ядро. В нём два вида частиц: протоны, несущие положительный заряд, и нейтроны, вообще не имеющие заряда.

Ядро крошечное по сравнению со всем атомом. Если бы атом был размером со стадион, его ядро было бы размером с горошину в центре. Тем не менее в ядре сосредоточено более 99,9% массы атома, потому что протоны и нейтроны гораздо тяжелее электронов.

Одноимённые заряды отталкиваются, поэтому протоны в ядре отталкивают друг друга. Но очень сильное взаимодействие, действующее лишь на крошечных расстояниях, всё равно удерживает протоны и нейтроны вместе.

Электроны: снаружи

Электроны намного легче протонов. Чтобы сравняться по массе с одним протоном, нужно около 1836 электронов. Каждый электрон несёт отрицательный заряд.

Противоположные заряды притягиваются, поэтому положительное ядро притягивает отрицательные электроны. Это притяжение удерживает электроны вблизи ядра.

Электроны расположены слоями, называемыми оболочками. На первой оболочке помещается до 2 электронов, на второй — до 8. На схемах электроны часто рисуют точками на окружностях, но настоящие электроны не движутся по аккуратным траекториям, как планеты. Они распределены в размытом облаке, а каждая оболочка — на самом деле энергетический уровень.

Заряды и массы вкратце

У протона заряд +1 и масса около 1 атомной единицы массы (u) — очень малой единицы, созданной для взвешивания атомов.

У нейтрона нет заряда (0), а масса около 1 u, почти точно такая же, как у протона.

У электрона заряд −1, а масса всего около 0,0005 u. Это настолько мало, что её часто считают равной нулю.

Почему у атомов нет общего заряда

В атоме число электронов равно числу протонов. Положительные и отрицательные заряды компенсируют друг друга, поэтому атом в целом нейтрален.

Хороший пример — атом углерода. У него 6 протонов и 6 электронов, поэтому заряды уравновешены. У большинства атомов углерода также 6 нейтронов. 6 электронов расположены на двух оболочках: 2 на первой и 4 на второй.

Обычные химические реакции никогда не меняют ядро. Атомы лишь принимают, отдают или обобществляют электроны. Атом, который приобрёл или потерял электроны, становится заряженной частицей — ионом. Атом натрия, потерявший один электрон, становится Na⁺, а атом хлора, приобретший один, становится Cl⁻.