La structure des atomes — particules élémentaires de matière, électrons, protons, neutrons
Tous les corps physiques dans la nature sont constitués d'un type de matière appelée matière. Les substances sont divisées en deux groupes principaux : les substances simples et les substances complexes.
Les substances complexes sont les substances qui, par des réactions chimiques, peuvent être décomposées en d'autres substances plus simples. Contrairement aux substances complexes, les substances simples sont celles qui ne peuvent pas être décomposées chimiquement en substances encore plus simples.
Un exemple de substance complexe est l'eau qui, par une réaction chimique, peut être décomposée en deux autres substances plus simples - l'hydrogène et l'oxygène. Quant aux deux derniers, ils ne peuvent plus être décomposés chimiquement en substances plus simples et sont donc des substances simples, ou, en d'autres termes, des éléments chimiques.
Dans la première moitié du XIXe siècle, la science supposait que les éléments chimiques étaient des substances inchangées qui n'avaient aucune relation commune les unes avec les autres. Cependant, le scientifique russe D. I. Mendeleev (1834 - 1907) pour la première fois en 1869révèle la relation des éléments chimiques, montrant que la caractéristique qualitative de chacun d'eux dépend de sa caractéristique quantitative - le poids atomique.
En étudiant les propriétés des éléments chimiques, D. I. Mendeleev a remarqué que leurs propriétés se répétaient périodiquement en fonction de leur poids atomique. Il a montré cette périodicité sous la forme d'un tableau, qui est entré dans la science sous le nom de "Tableau périodique des éléments de Mendeleïev".
Vous trouverez ci-dessous le tableau périodique moderne des éléments chimiques de Mendeleïev.
Atomes
Selon les concepts scientifiques modernes, chaque élément chimique consiste en une collection des plus petites particules de matière (matériel) appelées atomes.
Un atome est la plus petite fraction d'un élément chimique qui ne peut plus être décomposée chimiquement en d'autres particules matérielles plus petites et plus simples.
Les atomes d'éléments chimiques de nature différente diffèrent les uns des autres par leurs propriétés physicochimiques, leur structure, leur taille, leur masse, leur poids atomique, leur propre énergie et certaines autres propriétés. Par exemple, l'atome d'hydrogène diffère fortement dans ses propriétés et sa structure de l'atome d'oxygène, et ce dernier de l'atome d'uranium, et ainsi de suite.
Les atomes d'éléments chimiques sont extrêmement petits. Si nous supposons conditionnellement que les atomes ont une forme sphérique, alors leurs diamètres doivent être égaux à cent millionièmes de centimètre. Par exemple, le diamètre d'un atome d'hydrogène - le plus petit atome de la nature - est de cent millionième de centimètre (10-8 cm) et le diamètre des plus gros atomes, par exemple l'atome d'uranium, ne dépasse pas trois cents millionièmes de centimètre (3 10-8 cm).L'atome d'hydrogène est donc autant de fois plus petit que la sphère de rayon un centimètre, que celle-ci est plus petite que le globe.
En raison de la très petite taille des atomes, leur masse est également très faible. Par exemple, la masse d'un atome d'hydrogène est m = 1,67· 10-24 Cela signifie qu'un gramme d'hydrogène contient environ 6·1023 atomes.
Pour l'unité conventionnelle de mesure des poids atomiques des éléments chimiques, on prend 1/16 du poids d'un atome d'oxygène. Conformément à ce poids atomique d'un élément chimique, un nombre abstrait est appelé, indiquant combien de fois le poids d'un élément chimique donné est supérieur à 1/16 du poids d'un atome d'oxygène.
Dans le tableau périodique des éléments de D. I. Mendeleev, les poids atomiques de tous les éléments chimiques sont donnés (voir le numéro sous le nom de l'élément). De ce tableau, nous voyons que l'atome le plus léger est l'atome d'hydrogène, qui a un poids atomique de 1,008. Le poids atomique du carbone est de 12, celui de l'oxygène de 16, etc.
Quant aux éléments chimiques plus lourds, leur poids atomique dépasse de plus de deux cents fois le poids atomique de l'hydrogène. Ainsi, la valeur atomique du mercure est de 200,6, celle du radium de 226, etc. Plus l'ordre numérique occupé par un élément chimique dans le tableau périodique des éléments est élevé, plus le poids atomique est élevé.
La plupart des poids atomiques des éléments chimiques sont exprimés en nombres fractionnaires. Cela s'explique dans une certaine mesure par le fait que ces éléments chimiques consistent en un ensemble de combien de types d'atomes avec des poids atomiques différents mais avec les mêmes propriétés chimiques.
Les éléments chimiques qui occupent le même numéro dans le tableau périodique des éléments et ont donc les mêmes propriétés chimiques mais avec des poids atomiques différents sont appelés isotopes.
Les isotopes se trouvent dans la plupart des éléments chimiques, il y a deux isotopes, le calcium - quatre, le zinc - cinq, l'étain - onze, etc. De nombreux isotopes sont obtenus par l'art, certains d'entre eux ont une grande importance pratique.
Particules élémentaires de matière
Pendant longtemps, on a cru que les atomes des éléments chimiques constituaient la limite de la divisibilité de la matière, c'est-à-dire, pour ainsi dire, les "blocs de construction" élémentaires de l'univers. La science moderne rejette cette hypothèse en établissant que l'atome de tout élément chimique est un agrégat de particules matérielles encore plus petites que l'atome lui-même.
Selon la théorie électronique de la structure de la matière, l'atome de tout élément chimique est un système constitué d'un noyau central autour duquel gravitent des particules "élémentaires" de la matière appelées électrons. Les noyaux des atomes, selon les vues généralement acceptées, consistent en un ensemble de particules matérielles "élémentaires" - les protons et les neutrons.
Afin de comprendre la structure des atomes et leurs processus physico-chimiques, il est nécessaire de se familiariser au moins brièvement avec les caractéristiques de base des particules élémentaires qui composent les atomes.
Il est déterminé qu'un électron est une vraie particule avec la plus petite charge électrique négative observée dans la nature.
Si nous supposons conditionnellement que l'électron en tant que particule a une forme sphérique, alors le diamètre de l'électron doit être égal à 4 ·10-13 cm, c'est-à-dire qu'il est des dizaines de milliers de fois plus petit que le diamètre de chaque atome.
Un électron, comme toute autre particule matérielle, a une masse. La "masse au repos" de l'électron, c'est-à-dire la masse qu'il possède dans un état de repos relatif, est égale à mo = 9,1 · 10-28 G.
La "masse au repos" extrêmement petite de l'électron indique que les propriétés d'inertie de l'électron sont extrêmement faibles, ce qui signifie que l'électron, sous l'influence d'une force électrique alternative, peut osciller dans l'espace à une fréquence de plusieurs milliards de périodes par deuxième.
La masse de l'électron est si petite qu'il faut 1027 unités pour produire un gramme d'électrons. Afin d'avoir au moins une idée physique de ce nombre colossalement grand, nous allons donner un exemple. Si un gramme d'électrons pouvait être disposé en ligne droite les uns à côté des autres, ils formeraient alors une chaîne de quatre milliards de kilomètres de long.
La masse de l'électron, comme toute autre microparticule matérielle, dépend de la vitesse de son déplacement. Un électron en état de repos relatif a une "masse au repos" de nature mécanique, semblable à la masse de n'importe quel corps physique. Quant à la "masse de mouvement" de l'électron, qui augmente à mesure que la vitesse de son mouvement augmente, elle est d'origine électromagnétique. Cela est dû à la présence d'un champ électromagnétique dans un électron en mouvement en tant que type de matière ayant une masse et une énergie électromagnétique.
Plus l'électron se déplace rapidement, plus les propriétés inertielles de son champ électromagnétique se manifestent, plus la masse de ce dernier est grande et, par conséquent, son énergie électromagnétique.Puisque l'électron avec son champ électromagnétique représente un seul système matériel organiquement connecté, il Il est naturel que la masse cinétique du champ électromagnétique de l'électron soit directement attribuée à l'électron lui-même.
L'électron, en plus des propriétés d'une particule, possède également des propriétés ondulatoires.Il a été établi expérimentalement que le flux d'électrons, comme un flux lumineux, se propage sous la forme d'un mouvement ondulatoire. La nature du mouvement ondulatoire du flux d'électrons dans l'espace est confirmée par les phénomènes d'interférence et de diffraction des ondes électroniques.
Interférence électronique C'est le phénomène de superposition des volontés d'électrons les unes sur les autres et de diffraction des électrons - c'est le phénomène des ondes d'électrons se pliant aux bords d'une fente étroite à travers laquelle passe le faisceau d'électrons. L'électron n'est donc pas seulement une particule, mais une « onde particulaire », dont la longueur dépend de la masse et de la vitesse de l'électron.
Il a été établi que l'électron, en plus de son mouvement de translation, effectue également un mouvement de rotation autour de son axe. Ce type de mouvement d'électrons est appelé "spin" (du mot anglais "spin" - fuseau). Du fait de ce mouvement, l'électron, en plus des propriétés électriques dues à la charge électrique, acquiert également des propriétés magnétiques, ressemblant à cet égard à un aimant élémentaire.
Un proton est une particule réelle avec une charge électrique positive égale en valeur absolue à la charge électrique d'un électron.
La masse du proton est de 1,67 ·10-24 r, c'est-à-dire environ 1840 fois supérieure à la "masse au repos" de l'électron.
Contrairement à un électron et à un proton, un neutron n'a pas de charge électrique, c'est-à-dire qu'il s'agit d'une particule de matière "élémentaire" électriquement neutre. La masse du neutron est pratiquement égale à la masse du proton.
Les électrons, les protons et les neutrons qui composent les atomes interagissent les uns avec les autres. En particulier, les électrons et les protons s'attirent sous forme de particules de charges électriques opposées.En même temps, l'électron de l'électron et le proton du proton se repoussent en tant que particules avec les mêmes charges électriques.
Toutes ces particules chargées électriquement interagissent par leurs champs électriques. Ces champs sont un type particulier de matière constitué d'un ensemble de particules élémentaires appelées photons. Chaque photon a une quantité strictement définie d'énergie (quantum d'énergie) qui lui est inhérente.
L'interaction des particules de matériaux chargés électriquement se fait par l'échange de photons les uns avec les autres. La force d'interaction des particules chargées électriquement est généralement appelée force électrique.
Les neutrons et les protons dans les noyaux des atomes interagissent également les uns avec les autres. Cependant, cette interaction entre eux ne se fait plus à travers un champ électrique, puisque le neutron est une particule de matière électriquement neutre, mais à travers ce que l'on appelle domaine nucléaire.
Ce champ est également un type particulier de matière constitué d'un ensemble de particules élémentaires de matériaux appelées mésons... L'interaction des neutrons et des protons se fait par l'échange de mésons entre eux. La force d'interaction entre les neutrons et les protons s'appelle la force nucléaire.
Il a été établi que les forces nucléaires agissent dans les noyaux des atomes à des distances extrêmement petites - environ 10-13 cm.
Les forces nucléaires dépassent largement les forces électriques de répulsion mutuelle des protons dans le noyau d'un atome. Cela conduit au fait qu'ils sont capables non seulement de vaincre les forces de répulsion mutuelle des protons à l'intérieur des noyaux des atomes, mais également de créer des systèmes de noyaux très puissants à partir de la collection de protons et de neutrons.
La stabilité du noyau de tout atome dépend du rapport de deux forces contradictoires - nucléaire (attraction mutuelle des protons et des neutrons) et électrique (répulsion mutuelle des protons).
De puissantes forces nucléaires agissant dans les noyaux des atomes contribuent à la transformation des neutrons et des protons les uns en les autres. Ces interactions de neutrons et de protons ont lieu à la suite de la libération ou de l'absorption de particules élémentaires plus légères, par exemple des mésons.
Les particules que nous considérons sont dites élémentaires parce qu'elles ne consistent pas en un agrégat d'autres particules de matière plus simples. Mais en même temps, il ne faut pas oublier qu'ils sont capables de se transformer l'un en l'autre, de surgir aux dépens de l'autre. Ainsi, ces particules sont des formations complexes, c'est-à-dire que leur nature élémentaire est conditionnelle.
Structure chimique des atomes
L'atome le plus simple dans sa structure est l'atome d'hydrogène. Il consiste en une collection de seulement deux particules élémentaires - un proton et un électron. Le proton dans le système d'atomes d'hydrogène joue le rôle d'un noyau central autour duquel un électron tourne sur une certaine orbite. En figue. 1 montre schématiquement un modèle de l'atome d'hydrogène.
Riz. 1. Schéma de la structure de l'atome d'hydrogène
Ce modèle n'est qu'une approximation grossière de la réalité. Le fait est que l'électron en tant qu '"onde de particules" n'a pas un volume nettement délimité par rapport à l'environnement extérieur. Et cela signifie qu'il ne faut pas parler d'une orbite linéaire exacte de l'électron, mais d'une sorte de nuage d'électrons. Dans ce cas, l'électron occupe le plus souvent une ligne médiane du nuage, qui est l'une de ses orbites possibles dans l'atome.
Il faut dire que l'orbite de l'électron elle-même n'est pas strictement immuable et stationnaire dans l'atome - elle aussi, en raison du changement de masse de l'électron, effectue un certain mouvement de rotation. Par conséquent, le mouvement d'un électron dans un atome est relativement compliqué. Puisque le noyau de l'atome d'hydrogène (proton) et l'électron qui tourne autour de lui ont des charges électriques opposées, ils s'attirent.
En même temps, l'énergie libre de l'électron, tournant autour du noyau de l'atome, développe une force centrifuge qui tend à l'éloigner du noyau. Par conséquent, la force électrique d'attraction mutuelle entre le noyau de l'atome et l'électron et la force centrifuge agissant sur l'électron sont des forces opposées.
A l'équilibre, leur électron occupe une position relativement stable sur une orbite de l'atome. Comme la masse de l'électron est très petite, pour équilibrer la force d'attraction sur le noyau de l'atome, il doit tourner à une vitesse énorme égale à environ 6·1015 tours par seconde. Cela signifie qu'un électron dans le système d'un atome d'hydrogène, comme tout autre atome, se déplace le long de son orbite avec une vitesse linéaire supérieure à mille kilomètres par seconde.
Dans des conditions normales, un électron tourne dans un atome du type de l'orbite la plus proche du noyau. En même temps, il a le minimum d'énergie possible. Si pour une raison ou une autre, par exemple, sous l'influence d'autres particules matérielles qui ont envahi le système atomique, l'électron se déplace vers une orbite plus éloignée de l'atome, alors il aura déjà une quantité d'énergie légèrement supérieure.
Cependant, l'électron reste dans cette nouvelle orbite pendant une durée insignifiante, après quoi il revient vers l'orbite la plus proche du noyau de l'atome.Au cours de ce parcours, il cède son énergie excédentaire sous la forme d'un quantum de rayonnement magnétique, l'énergie rayonnante (Fig. 2).
Riz. 2. Lorsqu'un électron passe d'une orbite éloignée à une orbite plus proche du noyau d'un atome, il émet un quantum d'énergie rayonnante
Plus l'électron reçoit d'énergie de l'extérieur, plus il se déplace vers l'orbite la plus éloignée du noyau de l'atome et plus la quantité d'énergie électromagnétique qu'il émet lorsqu'il tourne vers l'orbite la plus proche du noyau est grande.
En mesurant la quantité d'énergie émise par l'électron lors du passage de différentes orbites à celle la plus proche du noyau de l'atome, il a été possible d'établir qu'un électron dans le système d'un atome d'hydrogène, comme dans le système de tout autre atome, ne peut aller sur une orbite aléatoire, sur une orbite strictement déterminée en fonction de cette énergie qu'il reçoit sous l'influence d'une force extérieure. Les orbites qu'un électron peut occuper dans un atome sont appelées orbitales autorisées.
Puisque la charge positive du noyau de l'atome d'hydrogène (la charge du proton) et la charge négative de l'électron sont numériquement égales, leur charge totale est nulle. Cela signifie que l'atome d'hydrogène dans son état normal est une particule électriquement neutre.
Ceci est vrai pour les atomes de tous les éléments chimiques : l'atome de tout élément chimique dans son état normal est une particule électriquement neutre en raison de l'égalité numérique des charges positives et négatives.
Étant donné que le noyau d'un atome d'hydrogène ne contient qu'une seule particule "élémentaire" - un proton, le soi-disant nombre de masse de ce noyau est égal à un. Le nombre de masse du noyau d'un atome de tout élément chimique est le nombre total de protons et de neutrons qui composent ce noyau.
L'hydrogène naturel est principalement constitué d'un ensemble d'atomes dont le nombre de masse est égal à un. Cependant, il contient également un autre type d'atomes d'hydrogène, avec un nombre de masse égal à deux. Les noyaux de ces atomes d'hydrogène lourds, appelés deutérons, sont constitués de deux particules, un proton et un neutron. Cet isotope de l'hydrogène s'appelle le deutérium.
L'hydrogène naturel contient de très petites quantités de deutérium. Pour six mille atomes d'hydrogène léger (nombre de masse égal à un), il n'y a qu'un seul atome de deutérium (hydrogène lourd). Il existe un autre isotope de l'hydrogène, l'hydrogène super lourd appelé tritium. Dans le noyau d'un atome de cet isotope de l'hydrogène, il y a trois particules : un proton et deux neutrons, liés ensemble par des forces nucléaires. Le nombre de masse du noyau d'un atome de tritium est de trois, c'est-à-dire que l'atome de tritium est trois fois plus lourd que l'atome d'hydrogène léger.
Bien que les atomes d'isotopes d'hydrogène aient des masses différentes, ils ont toujours les mêmes propriétés chimiques, par exemple, l'hydrogène léger, entrant dans une réaction chimique avec l'oxygène, forme avec lui une substance complexe - l'eau. De même, l'isotope de l'hydrogène, le deutérium, se combine avec l'oxygène pour former de l'eau qui, contrairement à l'eau ordinaire, est appelée eau lourde. L'eau lourde est largement utilisée dans la production d'énergie nucléaire (atomique).
Par conséquent, les propriétés chimiques des atomes ne dépendent pas de la masse de leurs noyaux, mais uniquement de la structure de la coquille électronique de l'atome. Parce que les atomes d'hydrogène léger, de deutérium et de tritium ont le même nombre d'électrons (un pour chaque atome), ces isotopes ont les mêmes propriétés chimiques.
Ce n'est pas un hasard si l'élément chimique hydrogène occupe le premier numéro du tableau périodique des éléments.Le fait est qu'il existe une relation entre le nombre de chaque élément dans le tableau périodique des éléments et l'amplitude de la charge sur le noyau d'un atome de cet élément. Il peut être formulé comme suit : le numéro de série de chaque élément chimique dans le tableau périodique des éléments est numériquement égal à la charge positive du noyau de cet élément, et donc au nombre d'électrons tournant autour de lui.
Puisque l'hydrogène occupe le premier numéro du tableau périodique des éléments, cela signifie que la charge positive du noyau de son atome est égale à un et qu'un électron tourne autour du noyau.
L'hélium élément chimique est le deuxième dans le tableau périodique des éléments. Cela signifie qu'il a une charge électrique positive du noyau égale à deux unités, c'est-à-dire que son noyau doit contenir deux protons, et dans la coquille électronique de l'atome - deux électrodes.
L'hélium naturel est composé de deux isotopes : l'hélium lourd et l'hélium léger. Le nombre de masse de l'hélium lourd est quatre. Cela signifie qu'en plus des deux protons mentionnés ci-dessus, deux autres neutrons doivent pénétrer dans le noyau de l'atome d'hélium lourd. Quant à l'hélium léger, son nombre de masse est de trois, c'est-à-dire qu'en plus de deux protons, un neutron supplémentaire devrait entrer dans la composition de son noyau.
Il a été constaté que dans l'hélium naturel, le nombre d'atomes d'hélium léger est d'environ un millionième des atomes de gène lourd. En figue. 3 montre un modèle schématique de l'atome d'hélium.
Riz. 3. Schéma de la structure de l'atome d'hélium
La complication supplémentaire de la structure des atomes d'éléments chimiques est due à une augmentation du nombre de protons et de neutrons dans les noyaux de ces atomes et simultanément à une augmentation du nombre d'électrons tournant autour des noyaux (Fig. 4). En utilisant le tableau périodique des éléments, il est facile de déterminer le nombre d'électrons, de protons et de neutrons qui composent les différents atomes.
Riz. 4. Schémas de construction des noyaux atomiques: 1 - hélium, 2 - carbone, 3 - oxygène
Le nombre régulier d'un élément chimique est égal au nombre de protons dans le noyau de l'atome et en même temps au nombre d'électrons tournant autour du noyau. Quant au poids atomique, il est approximativement égal au nombre de masse de l'atome, c'est-à-dire au nombre de protons et de neutrons pris ensemble dans le noyau. Par conséquent, en soustrayant du poids atomique d'un élément un nombre égal au numéro atomique de l'élément, il est possible de déterminer combien de neutrons sont contenus dans un noyau donné.
Il a été établi que les noyaux d'éléments chimiques légers, qui ont un nombre égal de protons et de neutrons dans leur composition, se distinguent par une résistance très élevée, car les forces nucléaires en eux sont relativement importantes. Par exemple, le noyau d'un atome d'hélium lourd est extrêmement durable car il est constitué de deux protons et de deux neutrons liés par de puissantes forces nucléaires.
Les noyaux des atomes d'éléments chimiques plus lourds contiennent déjà dans leur composition un nombre inégal de protons et de neutrons, c'est pourquoi leur liaison dans le noyau est plus faible que dans les noyaux d'éléments chimiques légers. Les noyaux de ces éléments peuvent être divisés relativement facilement lorsqu'ils sont bombardés de "projectiles" atomiques (neutrons, noyaux d'hélium, etc.).
Quant aux éléments chimiques les plus lourds, en particulier les radioactifs, leurs noyaux sont caractérisés par une résistance si faible qu'ils se désintègrent spontanément en leurs composants. Par exemple, les atomes de l'élément radioactif radium, composé d'une combinaison de 88 protons et de 138 neutrons, se désintègrent spontanément, devenant des atomes de l'élément radioactif radon. Les atomes de ce dernier, à leur tour, se décomposent en leurs parties constituantes, passant dans les atomes d'autres éléments.
Après nous être brièvement familiarisés avec les parties constitutives des noyaux d'atomes d'éléments chimiques, considérons la structure des couches d'électrons des atomes. Comme vous le savez, les électrons ne peuvent tourner autour des noyaux des atomes que sur des orbites strictement définies. De plus, ils sont tellement regroupés dans la couche d'électrons de chaque atome que des couches d'électrons individuelles peuvent être distinguées.
Chaque coquille peut contenir un certain nombre d'électrons, qui ne dépasse pas un nombre strictement déterminé. Ainsi, par exemple, dans la première couche d'électrons la plus proche du noyau d'un atome, il peut y avoir un maximum de deux électrons, dans la seconde - pas plus de huit électrons, etc.
Les atomes dans lesquels les couches d'électrons externes sont complètement remplies ont la couche d'électrons la plus stable. Cela signifie qu'un atome détient fermement tous ses électrons et n'a pas besoin d'en recevoir une quantité supplémentaire de l'extérieur. Par exemple, un atome d'hélium a deux électrons remplissant complètement la première couche d'électrons et un atome de néon a dix électrons, dont les deux premiers remplissent complètement la première couche d'électrons et le reste - le second (Fig. 5).
Riz. 5. Schéma de la structure de l'atome de néon
Par conséquent, les atomes d'hélium et de néon ont des coquilles d'électrons assez stables, ils n'ont pas tendance à les modifier de manière quantitative. Ces éléments sont chimiquement inertes, c'est-à-dire qu'ils n'entrent pas en interaction chimique avec d'autres éléments.
Cependant, la plupart des éléments chimiques ont des atomes dont les couches électroniques externes ne sont pas complètement remplies d'électrons. Par exemple, un atome de potassium a dix-neuf électrons, dont dix-huit remplissent complètement les trois premières couches, et le dix-neuvième électron se trouve dans la prochaine couche d'électrons non remplie. Le faible remplissage de la quatrième couche d'électrons avec des électrons conduit au fait que le noyau de l'atome contient très faiblement le plus externe - le dix-neuvième électron, et donc ce dernier peut être facilement retiré de l'atome. …
Ou, par exemple, l'atome d'oxygène a huit électrons, dont deux remplissent complètement la première coquille et les six autres sont situés dans la deuxième coquille. Ainsi, pour l'achèvement complet de la construction de la deuxième couche d'électrons dans l'atome d'oxygène, il ne manque que deux électrons. Par conséquent, l'atome d'oxygène maintient non seulement fermement ses six électrons dans la deuxième couche, mais a également la capacité d'attirer à lui deux électrons manquants pour remplir sa deuxième couche d'électrons. Il y parvient par combinaison chimique avec les atomes de tels éléments dans lesquels les électrons extérieurs sont faiblement associés à leurs noyaux.
Les éléments chimiques dont les atomes n'ont pas de couches d'électrons externes complètement remplies d'électrons sont, en règle générale, chimiquement actifs, c'est-à-dire qu'ils entrent volontairement dans une interaction chimique.
Ainsi, les électrons dans les atomes des éléments chimiques sont disposés dans un ordre strictement défini, et toute modification de leur disposition spatiale ou de leur quantité dans la coquille électronique de l'atome entraîne une modification des propriétés physico-chimiques de ce dernier.
L'égalité du nombre d'électrons et de protons dans le système atomique est la raison pour laquelle sa charge électrique totale est nulle. Si l'égalité du nombre d'électrons et de protons dans le système atomique est violée, l'atome devient alors un système électriquement chargé.
Un atome du système dont l'équilibre des charges électriques opposées est perturbé du fait qu'il a perdu une partie de ses électrons ou, au contraire, en a acquis un excès, est appelé un ion.
Au contraire, si un atome acquiert un nombre excessif d'électrons, il devient un ion négatif. Par exemple, un atome de chlore qui a reçu un électron supplémentaire devient un ion chlore négatif à charge unique Cl-... Un atome d'oxygène qui a reçu deux électrons supplémentaires devient un ion oxygène négatif à double charge O, et ainsi de suite.
Un atome devenu ion devient un système électriquement chargé par rapport au milieu extérieur. Et cela signifie que l'atome a commencé à posséder un champ électrique, avec lequel il forme un système matériel unique, et à travers ce champ, il effectue une interaction électrique avec d'autres particules de matière chargées électriquement - ions, électrons, noyaux d'atomes chargés positivement, etc.
La capacité des différents ions à s'attirer les uns les autres est la raison pour laquelle ils se combinent chimiquement, formant des particules de matière plus complexes - des molécules.
En conclusion, il convient de noter que les dimensions de l'atome sont très grandes par rapport aux dimensions des particules réelles dont ils sont composés. Le noyau de l'atome le plus complexe, avec tous les électrons, occupe un milliardième du volume de l'atome. Un calcul simple montre que si un mètre cube de platine peut être pressé si fort que les espaces intra-atomiques et inter-atomiques disparaissent, alors un volume égal à environ un millimètre cube sera obtenu.