Що всередині атома?

Дрібніше за дрібне

Атоми неймовірно малі. Кілька мільйонів атомів, вишикуваних в один ряд, ледве простягнулися б через крапку в кінці цього речення.

Слово «атом» походить від грецького atomos, що означає «неподільний». Довгий час люди вважали, що атоми — найменше з можливого. Потім, починаючи з 1897 року, вчені виявили, що атоми складаються з ще менших частин.

Ядро: протони й нейтрони

У центрі кожного атома міститься ядро. У ньому два види частинок: протони, що мають позитивний заряд, і нейтрони, які взагалі не мають заряду.

Ядро крихітне порівняно з усім атомом. Якби атом був завбільшки зі спортивний стадіон, його ядро мало б розмір горошини посередині. Проте в ядрі зосереджено понад 99,9 % маси атома, адже протони й нейтрони набагато важчі за електрони.

Однойменні заряди відштовхуються, тож протони в ядрі відштовхують один одного. Проте дуже сильна взаємодія, що діє лише на крихітних відстанях, утримує протони й нейтрони разом.

Електрони: ззовні

Електрони набагато легші за протони. Щоб зрівнятися з масою одного протона, потрібно близько 1836 електронів. Кожен електрон має негативний заряд.

Різнойменні заряди притягуються, тож позитивне ядро притягує негативні електрони. Це тяжіння утримує електрони поблизу ядра.

Електрони розташовані шарами, які називаються оболонками. Перша оболонка вміщує до 2 електронів, а друга — до 8. На схемах електрони часто малюють як крапки на колах, але справжні електрони не рухаються акуратними траєкторіями, як планети. Вони розмиваються в нечітку хмару, а кожна оболонка — це насправді енергетичний рівень.

Заряди й маси коротко

Протон має заряд +1 і масу приблизно 1 атомна одиниця маси (u) — дуже мала одиниця, створена для зважування атомів.

Нейтрон не має заряду (0) і має масу приблизно 1 u, майже точно таку саму, як у протона.

Електрон має заряд −1 і масу лише близько 0,0005 u. Це так мало, що її часто вважають нульовою.

Чому атоми не мають загального заряду

В атомі кількість електронів дорівнює кількості протонів. Позитивні й негативні заряди взаємно компенсуються, тож атом загалом нейтральний.

Атом вуглецю — добрий приклад. Він має 6 протонів і 6 електронів, тож його заряди збалансовані. Більшість атомів вуглецю також мають 6 нейтронів. 6 електронів розташовані на двох оболонках: 2 на першій і 4 на другій.

Звичайні хімічні реакції ніколи не змінюють ядро. Атоми лише приєднують, віддають або спільно використовують електрони. Атом, що приєднав або віддав електрони, стає зарядженою частинкою, яка називається йоном. Атом натрію, що віддав один електрон, стає Na⁺, а атом хлору, що приєднав один, стає Cl⁻.