Atomit ovat ympärilläsi näkyvän maailmankaikkeuden rakennuspalikoita. Ne ovat sähköisesti neutraaleja, ja se on hyvä asia kaltaisille elämänmuodoille. Jos atomit eivät olisi neutraaleja, ne olisivat epävakaita, emmekä todennäköisesti olisi täällä. Miksi atomit ovat neutraaleja sähköisesti? Vastaus on yksinkertainen: Niiden negatiivisesti varautuneet komponentit (elektronit) ovat täysin tasapainossa positiivisesti varautuneiden komponenttiensa (protonien) kanssa. Tämän ymmärtäminen tuo sinut avainideoihin kaikille aloitteleville tutkijoille ja muodostaa sillan muihin aiheisiin, kuten ei-neutraalien ionien olemassaoloon.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Atomit ovat sähköisesti neutraaleja, koska ne sisältävät yhtä suuret määrät positiivisesti varautuneita protoneja ja negatiivisesti varautuneita elektroneja. Elektroneilla ja protoneilla on samanlaiset mutta vastakkaiset varaukset, joten tuloksena ei ole nettovarausta.
Ionit ovat atomeja, jotka ovat saaneet tai menettäneet elektroneja. Tämän seurauksena ioneilla on nettovaraus.
Protonit, elektronit ja neutronit
Kolme tärkeää partikkelia muodostavat atomeja, ja jokaisella on erilainen varaus. Ydin sisältää protonit ja neutronit, ja elektronit vievät "pilven" ulkopuolelle. Neutroneilla ei ole sähkövarausta, kuten heidän nimensä viittaa. Protonit ja elektronit ovat molemmat varautuneita, mutta päinvastoin. Protonien positiivinen varaus on 1,6 × 10−19 kulonkeilla, ja elektronien negatiivinen varaus on -1,6 × 10−19 coulombs. Kullakin protonilla on sama positiivinen varaus, ja kullakin elektronilla on päinvastainen, joten monissa tapauksissa tutkijat sanovat vain +1 protoneille ja −1 elektronille.
Elementit ovat sähköisesti neutraaleja
Kemialliset alkuaineet määritellään yksinkertaisesti niiden protonien lukumäärällä. Tätä kutsutaan niiden atomiluvuksi, ja jaksollinen taulukko on peräkkäinen luettelo elementeistä, joilla on kasvava atomiluku. Vedyllä on atomiluku yksi (eli yksi protoni), heliumilla on kaksi, litiumilla kolme ja niin edelleen. Jokaisella elementillä on sama määrä elektronia, jotka kiertävät keskushermoa. Elektronien negatiivinen varaus purkaa protonien positiivisen varauksen, joten kun tarkastelet koko asiaa, nämä atomit ovat kaikki sähköisesti neutraaleja.
Neutronit istuvat myös useimpien alkuaineiden ytimissä protonien kanssa, mutta koska ne eivät ole varautuneita, niillä ei ole osaa sille, miksi atomit ovat sähköisesti neutraaleja. Jotkut alkuaineet ovat olemassa useammassa kuin yhdessä muodossa, ja neutronien määrä on erilainen isotooppeina, mutta tämä vaikuttaa niiden vakauteen radioaktiivisen hajoamisen sijasta varauksensa sijasta.
Ionit: poikkeus sääntöön
Vaikka kaikki atomit ovat tavallisesti sähköisesti neutraaleja, on joitain tärkeitä poikkeuksia. Jos atomi menettää elektronin, niin protonit ylittävät elektronien määrän, ja nettovaraus on +1. Jotkut elementit saavat elektronin ja siten ylimääräisen negatiivisen varauksen, antaen heille nettovarauksen -1.
Näitä kutsutaan ioneiksi, "kationiksi" positiivisesti varautuneille ioneille ja "anioneiksi" negatiivisesti varautuneille ioneille. Vaikka tämä tarkoittaa, että ne ovat vähemmän sähköisesti vakaa ja houkuttelevat vastakkaisesti varautuneita ioneja, tietyt elementit ovat alttiita käyttäytymään tällä tavalla tavalla, koska niiden uloin elektronikuori on joko yhden tai kahden elektronin päässä "täydestä" tai vain yksi tai kaksi elektronia uudeksi kuori.