Молекулярная структура вещества. Скорости газовых молекул.
Молекулярно-кинетической теорией МКТ называется теория, объясняющая свойства вещества, исходя из его молекулярного строения. Основные положения молекулярно-кинетической теории: все тела состоят из молекул; молекулы постоянно движутся; молекулы взаимодействую друг с другом.
Молекула – мельчайшая частица вещества, сохраняющая свойства данного вещества.
Атомы – наименьшая частица химического элемента. Из атомов состоят молекулы.
Молекулы постоянно движутся . Доказательством этого положения является диффузия – явление проникновения молекул одного вещества в другое. Диффузия происходит и в газах, и в жидкостях, и в твёрдых телах. С увеличением температуры скорость диффузии увеличивается. Открытое Броуном движение частичек краски в растворе названо броуновским движением и тоже доказывает движение молекул.
Строение атома . Атом состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого вращаются электроны.
Ядро атома состоит из нуклонов (протон, нейтрон). Заряд ядра определяется числом протонов. Массовое число определяется числом нуклонов. Изотопы – это атомы одного и того же элементы, ядра которых содержат разное количество нейтронов.
Относительная атомная масса М– масса одного атома в единицах атомной массы (1/12 массы атома углерода). Относительная молекулярная масса – М - масса молекулы в единицах атомной массы.
Количество вещества определяется числом молекул. Моль – единица измерения количества вещества. Моль – количество вещества, масса которого, выраженная в граммах, численно равна относительной молекулярной массе. 1 моль вещества содержит N А молекул. N А = 6,022∙10 23 1/моль – число Авогадро . Масса одного моля в килограммах называется молярной массой – μ =М·10 -3 . 1 моль – 12гС – N А –22,4 л. газа.
Число молей определяется формулами: ν = m / μ , ν = N / N A , ν = V / V 0 .
Основная модель МКТ – совокупность движущихся и взаимодействующих между собой молекул вещества. Агрегатные состояния вещества.
Твёрдое тело : W п >> W k , упаковка плотная, молекулы колеблются около положения равновесия, положения равновесия стационарны, расположение молекул упорядоченно, т.е. образуется кристаллическая решётка, сохраняется и форма и объём.
Жидкость: W п ≈ W k , упаковка плотная, молекулы колеблются около положения равновесия, положения равновесия подвижны, расположение молекул упорядоченно в пределах 2-х, 3-х слоёв (ближний порядок), сохраняется объём, но не сохраняется форма (текучесть).
Газ: W п W k , молекулы расположены далеко друг от друга, движутся прямолинейно до столкновения друг с другом, столкновения упругие, легко меняют и форму и объём. Условия идеальности газа: W п =0, столкновения абсолютно упругие, Диаметр молекулы расстояния между ними.
Плазма – электронейтральная совокупность нейтральных и заряженных частиц. Плазма (газовая) молекулы расположены далеко друг от друга, движутся прямолинейно до столкновения друг с другом, легко меняют и форму и объём, столкновения неупругие, при столкновениях происходит ионизация, реагирует на электрические и магнитные поля.
Фазовые переходы: парообразование, конденсация, возгонка, плавление, кристаллизация.
Статистические закономерности – законы поведения большого чикла частиц. Микропараметры – параметры малых масштабов – масса, размеры, скорость и другие характеристики молекул, атомов. Макропараметры – параметры больших масштабов – масса, объём, давление, температура физических тел.
Р
Z =2 N
аспределение частиц идеального газа по двум половинкам сосуда:
Число возможных состояний Z при числе частиц N находится по формуле
Ч
Z = N! / n!∙(N-n)!
исло способов реализации состояния n / (N – n ) находится по формуле
Анализ ответов приводит к выводу – наибольшая вероятность того, что молекулы распределятся по двум половинкам сосудов поровну.
Наиболее вероятная скорость – скорость, которой обладает большинство молекул
Как вычислить среднюю скорость молекул V ср = (V 1 ∙ N 1 + V 2 ∙ N 2 + V 3 ∙ N 3)/N. Средняя скорость обычно превышает наиболее вероятную.
Связь: скорость – энергия – температура. Е ср ~ Т.
Т
E=3 kT /2
емпература определяет степень нагретости тела. Температура главная характеристика тел, находящихся в тепловом равновесии. Тепловое равновесие когда между телами нет теплообмена
Температура – мера средней кинетической энергии молекул газа. С увеличением температуры растёт скорость диффузии, увеличивается скорость броуновского движения. Формула связи средней кинетической энергии молекул и температуры выражается формулой гдк k = 1,38∙10 -23 Дж/К – постоянная Больцмана, выражающая соотношение между Кельвином и Джоулем как единицами измерения температуры.
Т
T = t + 273.
ермодинамическая температура не может быть отрицательной .
Абсолютная шкала температур – шкала Кельвина (273К – 373К).
Температурные шкалы : Цельсия (0 о С – 100 о С), Фаренгейта (32 о Ф – 212 о Ф), Кельвина (273К – 373К).
Скорость теплового движения молекул: m 0 v 2 = 3 kT , v 2 = 3 kT / m 0 , v 2 = 3 kN A T / μ
Газовые законы
Давление – это макроскопический параметр системы. Давление численно равно силе, действующей на единицу поверхности перпендикулярно этой поверхности. P = F / S . Измеряется давление в Паскалях (Па), атмосферах (атм.), барах (бар), мм.рт.ст. Давление столба газа или жидкости в поле тяготения находится по формуле P = ρgh, где ρ - плотность газа или жидкости, h – высота столба. В сообщающихся сосудах однородная жидкость устанавливается на одном уровне. Отношение высот столбов неоднородных жидкостей обратно отношению их плотностей.
Атмосферное давление – давление, создаваемое воздушной оболочкой Земли. Нормальное атмосферное давление – 760 мм.рт.ст. или 1,01∙10 5 Па, или 1 бар, или 1 атм.
Давление газа определяется числом молекул, ударившихся о стенку сосуда и их скоростью.
Средняя арифметическая скорость движения молекул газа равна нулю, потому что преимущества движения в каком-либо определённом направлении нет в силу того, что движение молекул равновероятно по всем направлениям. Поэтому для характеристики движения молекул берётся средняя квадратичная скорость . Средние квадраты скорости по осям X,Y,Z между собой равны и составляют 1/3 средней квадратичной скорости.
Для одного моля газа
Изобары
Р 1
закон Гей-Люссака,
V = const – изохорный процесс ,
Изохоры
V 1
закон Шарля.
Задачи: Задача № 1 . Определить полное число микросостояний шести частиц идеального газа по двум половинам сосуда, не разделённого перегородкой. Чему равно число способов реализации состояний 1/5, 2/4? При каком состоянии число способов реализации будет максимальным?
Решение. Z =2 N = 2 6 = 64. Для состояния 1/5 Z = N! / n!∙(N-n)! = 1∙2∙3∙4∙5∙6 / 1∙1∙2∙3∙4∙5= 6
Самостоятельно . Чему равно число способов реализации состояний 2/4?
Задача № 2. Найти число молекул в стакане воды (m=200г). Решение. N = m∙ N A /μ = 0,2 ∙ 6,022∙10 23 / 18 ∙ 10 -3 =67∙ 10 23 .
Самостоятельно. Найти число молекул в 2 г меди. Найти число молекул в 1м 3 углекислого газа СО 2 .
Задача № 3. На рисунке представлен замкнутый цикл в координатах P V . Какие процессы происходили с газом? Как изменялись макропараметры? Вычертить эту диаграмму в координатах VT.
С
амостоятельно
вычертить диаграмму в координатах PT.
|
P |
V |
T |
|
|
1-2 |
ув |
пост |
ув |
|
2-3 |
пост |
ув |
ув |
|
3-4 |
ум |
ув |
пост |
|
4-1 |
пост |
ум |
ум |
ешение.
Задача № 4. «Магдебургские полушария» растягивали 8 лошадей с каждой стороны. Как изменится сила тяги, если одно полушарие прикрепить к стене, а другое будут тянуть 16 лошадей?
Задача № 5.
Идеальный газ оказывает на стенки сосуда давление 1,01∙10 5 Па. Тепловая скорость молекул 500м/с. Найти плотность газа. (1,21кг/м 3). Решение.
. Разделим на V обе части уравнения. Получим
μ найдём из формулы скорости молекул
Задача № 6. Под каким давлением находится кислород, если тепловая скорость его молекул 550 м/с, а их концентрация 10 25 м -3 ? (54кПа.) Решение. P = nkT, R = N A k, P= n v 2 μ / 3 N A , Т найдём из формулы
Задача №7. Азот занимает объём 1 л при нормальном атмосферном давлении. Определите энергию поступательного движения молекул газа.
Решение . Энергия одной молекулы – E o = 5 kT / 2 , энергия всех молекул в данном объёме газа – E = N 5 kT / 2 = nV 5 kT / 2, P = nkT , E = 5 PV /2 = 250 Дж.
Задача № 8. Воздух состоит из смеси азота, кислорода и аргона. Их концентрации соответственно равны 7,8 ∙10 24 м -3 , 2,1∙ 10 24 м -3 , 10 23 м -3 . Средняя кинетическая энергия молекул смеси одинакова и равна 3 ∙10 -21 Дж. Найдите давление воздуха. (20кПа). Самостоятельно.
Задача № 9. Как изменится давление газа при уменьшении в 4 раза его объёма и увеличении температуры в 1,5 раза? (Увеличится в 6 раз). Самостоятельно.
Задача № 10. Давление газа в люминесцентной лампе 10 3 Па, а его температура 42 о С. Определите концентрацию атомов в лампе. Оцените среднее расстояние между молекулами.
(2,3∙10 23 м -3 , 16,3нм). Самостоятельно.
Задача № 11. Найдите объём одного моля идеального газа любого химического состава при нормальных условиях. (22,4л). Самостоятельно.
Задача № 12
. В сосуде объёмом 4л находятся молекулярный водород и гелий. Считая газы идеальными, найдите давление газов в сосуде при температуре 20 о С, если их массы соответственно равны 2г и 4г. (1226кПа).
Решение . По закону Дальтона Р = Р 1 + Р 2 . Парциальное давление каждого газа найдём по формуле. И водород, и гелий занимают весь объём V=4л.
Задача № 13 . Определите глубину озера, если объём воздушного пузырька удваивается при подъёме со дна на поверхность. Температура пузырька не успевает измениться. (10,3м).
Решение . Процесс изотермический P 1 V 1 = P 2 V 2
Давление в пузырьке на поверхности воды равно атмосферному Р 2 = Р о Давление на дне водоёма складывается из давления внутри пузырька и давления столба воды Р 1 = Р о + ρ gh , где ρ = 1000кг/м 3 – плотность воды, h – глубина водоёма. Р о = (Р о + ρ gh ) V 1 / 2 V 1 = (Р о + ρ gh )/ 2
Задача № 14 . Цилиндр разделён непроницаемой закреплённой перегородкой на две части, объёмы которой V 1 , V 2 . Давление воздуха в этих частях цилиндра P 1 , P 2 соответственно. При снятии закрепления перегородка может двигаться как невесомый поршень. На сколько, и в какую сторону сдвинется перегородка?
Р
P 1 V 1
P 2 V 2
ешение. Если P 2 > P 1 Давление в обоих частях
P 1 V 1 = P (V 1 -∆ V)
P 2 V 2 = P (V 2 + ∆ V)
цилиндра установится одинаковое – Р. Процесс изотермический.
Разделим правые и левые части уравнений друг на друга. А затем решим уравнение относительно ∆ V.
Ответ: ((P 1 – P 2 ) V 1 V 2 )/(P 1 V 1 + P 2 V 2 .
Задача № 15 . Автомобильные шины накачаны до давления 2∙10 4 Па при температуре 7 о С. Через несколько часов после езды температура воздуха в шинах поднялась до 42 о С. Каким стало давление в шинах? (2,25∙10 4 Па). Самостоятельно.
Так, например, молекула воды является мельчайшим представителем такого вещества как вода.
Почему мы не замечаем, что вещества состоят из молекул? Ответ прост: молекулы так малы, что для человеческого глаза просто незаметны. Так какого же они размера?
Опыт по определению размера молекулы провел английский физик Релей. В чистый сосуд была налита вода, а на ее поверхность помещена капля масла, Масло растеклось по поверхности воды и образовала круглую пленку. Постепенно площадь пленки увеличивалась, но затем растекание прекратилось и площадь перестала изменяться. Релей предположил, что толщина пленки стала равной размеру одной молекулы. Путем математических вычислений установлено, что размер молекулы примерно равен 16*10 -10 м.
Молекулы малы настолько, что в небольших объемах вещества их содержится огромное количество. Например, одна капля воды содержит столько же молекул, сколько таких капель в Черном море.
Молекулы нельзя увидеть в оптический микроскоп. Можно получить фотографии молекул и атомов с помощью электронного микроскопа, изобретенный в 30 годах XX века.
Молекулы разных веществ различаются по размерам, составу, а молекулы одного и того же вещества всегда одинаковы. Например, молекула воды всегда одна и та же: и в воде, и в снежинке и в паре.
Хотя молекулы и очень маленькие частицы, но и они делимы. Частицы, из которых состоят молекулы, называют атомами. Атомы каждого вида принято обозначать специальными символами. Например, атом кислорода - О, атом водорода - Н, атом углерода - С. Всего в природе существует 93 различных атома, еще около 20 ученые создали в своих лабораториях. Русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев упорядочил все элементы и расположил их в периодической таблице, с которой более подробно мы познакомимся на уроках химии.
Молекула кислорода состоит из двух одинаковых атомов кислорода, молекула воды из трех атомов – двух атомов водорода и одного атома кислорода. Сами по себе водород и кислород не несут свойств воды. Наоборот, вода только и становится водой, когда образуется такая связь.
Размеры атомов очень малы, Например, если увеличить яблоко до размеров земного шара, то размер атома увеличится до размера яблока. В 1951 году Эрвин Мюллер изобрёл ионный микроскоп, позволивший в деталях разглядеть атомную структуру металла.
В наше время в отличие от времен Демокрита, атом больше не считается неделимым. В начале XX века ученым удалось изучить его внутреннее строение.
Выяснилось, что атом состоит из ядра и вращающихся вокруг ядра электронов . Позже выяснилось, что ядро в свою очередь состоит из протонов и нейтронов .
Так, полным ходом идут эксперименты на Большом Адронном Коллайдере - огромном сооружение, построенном под землей на границе между Францией и Швейцарией. Большой Адронный Коллайдер представляет собой 30 километровую замкнутую трубу, по которой разгоняются адроны (так называется протон, нейтрон или электрон). Разогнавшись почти до скорости света, адроны сталкиваются. Сила удара так велика, что протоны "разламываются" на части. Предполагается, что таким путем можно изучить внутреннее строение адронов
Очевидно, что чем дальше человек заходит в изучении внутреннего строения вещества, тем с большими трудностями он сталкивается. Не исключено, что неделимой частицы, которую воображал себе Демокрит, вообще не существует и делить частицы можно до бесконечности. Исследования в данной области являются одной из самх бурно развивающихся тем в современной физике.
А) атом Б) молекула
А) жидкости Б) газы
1.твердое тело 2. жидкость 3. газ
1.Мельчайшей частицей вещества, сохраняющей его свойства, является
А) атом Б) молекула
В) броуновская частица В) кислород
2. Броуновское движение – это ….
А) хаотическое движение очень мелких твердых частиц, находящихся в жидкости
Б) хаотическое проникновение частиц друг в друга
В) упорядоченное движение твердых частиц, находящихся в жидкости
Г) упорядоченное движение молекул жидкости
3. Диффузия может происходить …
А) только в газах Б) только в жидкостях и газах
В) только в жидкостях Г) в жидкостях, газах и твердых телах
4. Не имеют собственной формы и постоянного объёма…
А) жидкости Б) газы
В) твердые тела Г) жидкости и газы
5. Между молекулами существует….
А) только взаимное притяжение Б) только взаимное отталкивание
В) взаимное отталкивание и притяжение Г) не существует взаимодействия
6. Диффузия протекает быстрее
А) в твердых телах Б) в жидкостях
В) в газах Г) во всех телах одинаково
7. Какое явление подтверждает, что молекулы взаимодействуют друг с другом?
А) броуновское движение Б) явление смачивания
В) диффузия Г) увеличение объёма тела при нагревании
8. Соотнесите агрегатное состояние вещества и характер движения молекул:
1.твердое тело 2. жидкость 3. газ
А) скачками меняют своё положение
Б) колеблются около определенной точки
В) беспорядочно двигаются во всех направлениях
9. Соотнесите агрегатное состояние вещества и расположение молекул:
1.твердое тело 2. жидкость 3. газ
А) беспорядочно, близко друг к другу
Б) беспорядочно, расстояние в десятки раз больше самих молекул
В) молекулы расположены в определенном порядке
10. Соотнесите положение о строении вещества и его опытное обоснование
1. все вещества состоят из молекул, между которыми есть промежутки
2. молекулы непрерывно и беспорядочно движутся
3. молекулы взаимодействуют друг с другом
А) броуновское движение Б) смачивание
В) увеличение объёма тела при нагревании
Если Вы еще не знаете, что такое молекула, тогда эта статья именно для Вас. Еще много лет назад люди начали догадываться, что каждое вещество состоит из отдельных маленьких частиц.
Молекула вещества - это мельчайшая частица данного вещества
Например, наименьшая частица воды - это молекула воды. Наименьшей частицей сахара является молекула сахара.
Молекула, в свою очередь состоит из еще более мелких частиц. Как было доказано немного позже, эти частицы называются атомами . Как правило, атомы не могут существовать отдельно, поэтому они объединяются в молекулы. И атомы, и молекулы очень маленькие. Например, в составе пылинки есть огромнейшее количество атомов.
Несмотря на то, что вещества бывают самыми разнообразными, количество атомов все же ограничено. Атомы объединяются между собой разными способами, в результате чего из тех самых атомов формируются молекулы различных веществ, которые нас окружают. Это и дает нам полный ответ на вопрос о том, из чего состоит молекула.
Также вас может заинтересовать, что меньше молекулы. На этот вопрос есть однозначный ответ. В состав молекулы могут входить два или больше атома, которые связаны между собой ковалентной связью. Именно атом и является наименьшей частицей по сравнению с молекулой.
Свойства молекул
Рассмотрим свойства молекулы на примере такого вещества, как сахар. Если его размолоть на самые мелкие крупинки, в его составе все равно будет множество идентичных молекул сахара. Каждая крупинка при этом сбережет все свойства данного вещества. Даже в том случае, если раздробить сахар на отдельные молекулы, например, растворить его в воде, вещество никуда не исчезнет и будет проявлять свои свойства. Это можно проверить, попробовав, что вода стала сладкой. Конечно, если продолжить дробление сахара и дальше, разрушив при этом молекулы или забрав от них несколько атомов, произойдет разрушение вещества. Стоит отметить, что атомы не исчезнут, а войдут в состав других молекул. Сам сахар как вещество уже не будет существовать и превратится в другое вещество.
Вечных веществ не бывает. Так же, как и не бывает вечных молекул. Однако атомы считаются практически вечными.
Хотя молекулы и очень маленькие по размеру, их устройство все же можно выяснить при помощи разных химических и физических методов. Некоторые вещества существуют в чистом виде. Это вещества, в составе которых находятся молекулы одного вида. Если же в составе физического тела присутствуют различные виды молекул, в этом случае мы имеем дело со смесью веществ.
На сегодняшний день строение молекул вещества определяют дифракционными методами. К таким методам относится дифракция нейтронов, а также рентгеноструктурный анализ. Есть и электронный парамагнитный метод и метод колебательной спектроскопии. В зависимости от вещества, его состояния и определяется тот или иной метод анализа молекул.
Теперь Вы знаете, что называют молекулой и из чего она состоит.
Добавить сайт в закладки
Электричество: общие понятия
Электрические явления стали известны человеку сначала в грозной форме молнии - разрядов атмосферного электричества, затем было открыто и исследовано электричество, получаемое посредством трения (например, кожи о стекло и т. д.); наконец, после открытия химических источников тока (гальванических элементов в 1800 г.) возникла и быстро развилась электротехника. В Советском государстве мы являлись свидетелями блестящего расцвета электротехники. Русские ученые немало способствовали такому быстрому прогрессу.
Тем не менее затруднительно дать простой ответ на вопрос: «Что такое электричество? ». Можно сказать, что «электричество есть электрические заряды и связанные с ними электромагнитные поля». Но такой ответ требует обстоятельных дальнейших разъяснений: «Что такое электрические заряды и электромагнитные поля?» Постепенно мы покажем, насколько сложно по существу понятие «электричество», хотя очень подробно изучены чрезвычайно разнообразные электрические явления, а параллельно с более глубоким их пониманием расширялась и область практического применения электричества.
Изобретатели первых электрических машин представляли себе электрический ток как движение особой электрической жидкости в металлических проводах, но для создания электронных ламп необходимо было знать электронную природу электрического тока.
Современное учение об электричестве тесно связано с учением о строении вещества. Мельчайшей частицей вещества, сохраняющей его химические свойства, является молекула (от лат. слова "moles" - масса).
Эта частица очень мала, например, молекула воды имеет диаметр около 3/ 1000 000 000 = 3/10 8 = 3*10 -8 см. и объем 29.7*10 -24.
Чтобы представить себе нагляднее, насколько малы такие молекулы, какое громадное число их помещается в небольшом объеме, осуществим мысленно следующий опыт. Каким-то способом отметим все молекулы в рюмке воды (50 см 3) и выльем эту воду в Черное море. Вообразим, что молекулы, содержавшиеся в этих 50 см 3 , равномерно распределились во всем обширном мировом океане, который занимает 71% площади земного шара; зачерпнем затем из этого океана, хотя бы во Владивостоке, опять рюмку воды. Есть ли вероятность найти в этой рюмке хотя бы одну из меченых нами молекул?
Объем мирового океана огромен. Его поверхность - 361,1 млн.км 2 . Его средняя глубина - 3795 м. Следовательно, его объем - 361,1*10 6 *З,795 км 3 , т. е. около 1 370 ООО ООО км 3 = 1,37*10 9 км 3 - 1,37*10 24 см 3 .
Но в 50 см 3 воды содержится 1,69*10 24 молекул. Следовательно, после перемешивания в каждом кубическом сантиметре воды океана будет находиться- 1.69/1.37 меченых молекул, и в нашу рюмку во Владивостоке попадет около 66 меченых молекул.
Как ни малы молекулы, но они состоят из еще меньших частиц - атомов.
Атом есть наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его химических свойств. Под химическим элементом принято понимать вещество, состоящее из одинаковых атомов. Молекулы могут образовывать одинаковые атомы (например, молекула газа водорода Н 2 состоит из двух атомов) или различные атомы (молекула воды Н 2 0 состоит из двух атомов водорода Н 2 и атома кислорода О). В последнем случае при делении молекул на атомы химические и физические свойства вещества изменяются. Например, при разложении молекул жидкого тела, воды, освобождаются два газа - водород и кислород. Число атомов в молекулах различно: от двух (в молекуле водорода) до сотен и тысяч атомов (у белков и высокомолекулярных соединений). Ряд веществ, в частности металлы, не образует молекул, т. е состоит непосредственно из атомов, не связанных внутри молекулярными связями.
Долгое время считали атом мельчайшей частицей материи (само название атом происходит от греческого слова атомос- неделимый). В настоящее время известно, что атом представляет собой сложную систему. В его ядре сосредоточена большая часть массы атома. Вокруг ядра по определенным орбитам обращаются легчайшие электрически заряженные элементарные частицы - электроны подобно тому, как планеты обращаются вокруг Солнца. Силы тяготения удерживают планеты на их орбитах, а электроны притягиваются к ядру электрическими силами. Электрические заряды могут быть двух различных видов: положительными и отрицательными. Из опыта мы знаем, что взаимно притягиваются лишь разноименные электрические заряды. Следовательно, заряды ядра и электронов тоже должны быть различны по знаку. Условно принято считать заряд электронов отрицательным, а заряд ядра положительным.
Все электроны независимо от способа их получения обладают одинаковыми электрическими зарядами и массой 9,108*10 -28 г. Следовательно, электроны, входящие в состав атомов любых элементов, можно считать одинаковыми.
Вместе с тем заряд электрона (его принято обозначать е) является элементарным, т. е. наименьшим возможным электрическим зарядом. Попытки доказать существование меньших зарядов оказались безуспешными.
Принадлежность атома к тому или иному химическому элементу обуславливается величиной положительного заряда ядра. Общий отрицательный зарядZ электронов атома равен положительному заряду его ядра, следовательно, величина положительного заряда ядра должна бытьeZ . Число Z определяет место элемента в периодической системе элементов Менделеева.
Часть электронов в атоме находится на внутренних орбитах, а часть - на внешних орбитах. Первые относительно прочно удерживаются на своих орбитах атомными связями. Вторые могут сравнительно легко отделяться от атома и переходить к другому атому или же некоторое время оставаться свободными. Эти электроны внешних орбит определяют электрические и химические свойства атома.
Пока сумма отрицательных зарядов электронов равна положительному заряду ядра, атом или молекула нейтральны. Но если атом потерял один или несколько электронов, то вследствие избытка положительного заряда ядра он становится положительным ионом (от греч. слова ион - идущий). Если же атом захватил излишние электроны, то он служит отрицательным ионом. Таким же путем ионы могут образовываться из нейтральных молекул.
Носителями положительных зарядов в ядре атома являются протоны (от греч. слова «протос» - первый). Протон служит ядром водорода - первого элемента в таблице периодической системы. Его положительный заряд е + численно равен отрицательному заряду электрона. Но масса протона в 1836 раз больше массы электрона. Протоны вместе с нейтронами образуют ядра всех химических элементов. Нейтрон (от лат. слова «neuter» - ни тот, ни другой) не обладает зарядом и его масса в 1838 раз больше массы электрона. Таким образом, основными частями атомов являются электроны, протоны и нейтроны. Из них протоны и нейтроны прочно удерживаются в ядре атома и лишь электроны могут перемещаться внутри вещества, а положительные заряды в обычных условиях могут перемещаться лишь вместе с атомами в виде ионов.
Количество свободных электронов в веществе зависит от строения его атомов. Если этих электронов много, то данное вещество хорошо пропускает через себя движущиеся электрические заряды. Оно называется проводником. К проводникам относятся все металлы. Особенно хорошими проводниками являются серебро, медь и алюминий. Если под тем или иным внешним воздействием проводник потерял часть свободных электронов, то преобладание положительных зарядов его атомов создаст эффект положительного заряда проводника в целом, т. е. проводник будет притягивать отрицательные заряды - свободные электроны и отрицательные ионы. В противном случае при избытке свободных электронов проводник будет заряжен отрицательно.
Ряд веществ содержит очень мало свободных электронов. Такие вещества называются диэлектриками или изоляторами. Они плохо пропускают или практически не пропускают электрические заряды. Диэлектриками являются фарфор, стекло, эбонит, большинство пластмасс, воздух и т. д.
В электротехнических устройствах по проводникам движутся электрические заряды, а диэлектрики служат для направления этого движения.