Электроны и ядра атомов

Ученые доказали, что кроме свойств частицы – наличия определенной массы и энергии – электрон обладает и волновыми свойствами, т. е. его можно рассматривать как волну с определенной длиной, но об этом мы поговорим в другой раз. В данный момент нам важно познакомиться с электроном как с мельчайшей неделимой элементарной частицей, нам интересно знать, что произошло с атомом в результате движения этой частицы, мы займемся химическими процессами, в которых участвует электрон.

Итак, электроны вращаются вокруг ядер атомов различных химических элементов. Но это не продолжается бесконечно. Ведь материальный мир пребывает в постоянном движении и изменении. В этих процессах участвуют и атомы, чаще всего с помощью своих электронов.

Самая недалекая «прогулка», которую может позволить себе электрон, находящийся в каком-нибудь атоме, – это переход с одного энергетического уровня на другой или переход внутри уровня – с одного подуровня на другой. Эти переходы связаны с изменением энергии электрона и поэтому происходят по определенным правилам. Представьте себе, что мы сообщили атому известное количество энергии (такой атом называют возбужденным). Часть этой энергии возьмут его электроны. Один или несколько электронов с внешнего электронного уровня получат энергию и смогут переместиться на какой-нибудь свободный подуровень или другой энергетический уровень. Не исключено, что эти электроны утратят связь с ядром. Если сообщить атому определенное количество энергии, электрон оторвется от атома. Эта энергия называется энергией ионизации. Она разная у атомов различных химических элементов. Чем она меньше, тем легче атом теряет свой электрон. Чаще всего это происходит с атомами щелочных и щелочноземельных элементов; даже солнечные лучи могут «выбить» электроны из атомов натрия, калия, цезия.

Что происходит с атомами, когда они теряют один или несколько электронов? Они превращаются в положительные ионы. Ионы могут существовать самостоятельно, однако их свойства отличаются от свойств атомов. Атомы водорода, например, образуют нейтральные двуатомные молекулы и существуют в газообразном состоянии, а ионы водорода определяют кислотные свойства растворов. Атомы натрия образуют кристаллическую решетку металлического натрия, которой свойственна ковкость, растяжимость, характерный металлический блеск, а ионы натрия образуют хрупкую кристаллическую решетку натриевых солей, которая быстро разрушается при соприкосновении с молекулами воды.

«Прогулка» электрона в пределах атома может быть очень короткой. Возбужденное состояние атома временное, и если оно не стабилизируется с помощью какого-либо другого процесса, то быстро проходит, атом возвращается в исходное состояние с меньшей энергией. Ученые подсчитали, что для этого потребуется совсем немного времени – порядка 10-8 секунды (с).


Полезное чтиво:
Атомы химических элементов
О химических процессах
Как образуются молекулы
Строение молекулы из атомов
Особенности электронов металла
Образование кристаллической поверхности