Aatomite struktuur - aine elementaarosakesed, elektronid, prootonid, neutronid
Kõik füüsilised kehad looduses koosnevad teatud tüüpi ainest, mida nimetatakse aineks. Ained jagunevad kahte põhirühma – liht- ja kompleksained.
Komplekssed ained on need ained, mis keemiliste reaktsioonide käigus võivad laguneda muudeks lihtsamateks aineteks. Erinevalt kompleksainetest on lihtained need, mida ei saa keemiliselt veel lihtsamateks aineteks lagundada.
Keerulise aine näiteks on vesi, mis keemilise reaktsiooni kaudu võib laguneda kaheks muuks, lihtsamaks aineks – vesinikuks ja hapnikuks. Mis puudutab kahte viimast, siis neid ei saa enam keemiliselt lagundada lihtsamateks aineteks ja on seega lihtained ehk teisisõnu keemilised elemendid.
19. sajandi esimesel poolel levis teaduses oletus, et keemilised elemendid on muutumatud ained, millel ei olnud omavahel ühist seost. Vene teadlane D. I. Mendelejev (1834 — 1907) aga esimest korda 1869. a.paljastab keemiliste elementide seosed, näidates, et igaühe kvalitatiivne omadus sõltub selle kvantitatiivsest tunnusest - aatommassist.
Keemiliste elementide omadusi uurides märkas D. I. Mendelejev, et nende omadused kordusid perioodiliselt sõltuvalt nende aatommassist. Ta näitas seda perioodilisust tabeli kujul, mis sisenes teadusesse "Mendelejevi elementide perioodilise tabeli" nime all.
Allpool on Mendelejevi kaasaegne keemiliste elementide perioodilisustabel.
Aatomid
Kaasaegsete teaduslike kontseptsioonide kohaselt koosneb iga keemiline element väikseimate materjali (materjali) osakeste kogumist, mida nimetatakse aatomiteks.
Aatom on keemilise elemendi väikseim osa, mida ei saa enam keemiliselt lagundada muudeks, väiksemateks ja lihtsamateks aineosakesteks.
Erineva iseloomuga keemiliste elementide aatomid erinevad üksteisest oma füüsikalis-keemiliste omaduste, struktuuri, suuruse, massi, aatommassi, omaenergia ja mõnede muude omaduste poolest. Näiteks vesinikuaatom erineb oma omadustelt ja struktuurilt järsult hapnikuaatomist ja viimane uraani aatomist jne.
On leitud, et keemiliste elementide aatomid on äärmiselt väikesed. Kui eeldame tinglikult, et aatomitel on sfääriline kuju, siis nende läbimõõt peab olema võrdne sajamiljoniku sentimeetriga. Näiteks vesinikuaatomi – looduse väikseima aatomi – läbimõõt on sada miljondik sentimeetrit (10-8 cm) ja suurimate aatomite, näiteks uraani aatomi, läbimõõt ei ületa kolmesada sentimeetri miljondik (3 10-8 cm).Seetõttu on vesinikuaatom sama mitu korda väiksem kui ühe sentimeetri raadiusega kera, kui viimane on väiksem kui maakera.
Aatomite väga väikese suuruse tõttu on ka nende mass väga väike. Näiteks vesinikuaatomi mass on m = 1,67· 10-24 See tähendab, et üks gramm vesinikku sisaldab umbes 6·1023 aatomit.
Keemiliste elementide aatommasside tavapäraseks mõõtühikuks võetakse 1/16 hapnikuaatomi massist. Vastavalt sellele keemilise elemendi aatommassile nimetatakse abstraktset arvu, mis näitab, mitu korda on antud keemilise elemendi kaal rohkem kui 1/16 hapnikuaatomi massist.
D. I. Mendelejevi elementide perioodilisustabelis on toodud kõigi keemiliste elementide aatommassid (vt numbrit elemendi nimetuse all). Sellest tabelist näeme, et kõige kergem aatom on vesinikuaatom, mille aatommass on 1,008. Süsiniku aatommass on 12, hapniku 16 jne.
Mis puudutab raskemaid keemilisi elemente, siis nende aatommass ületab vesiniku aatommassi enam kui kakssada korda. Seega on elavhõbeda aatomväärtus 200,6, raadium on 226 ja nii edasi. Mida kõrgem on keemilise elemendi arvujärjestus elementide perioodilises tabelis, seda suurem on aatommass.
Suurem osa keemiliste elementide aatommassidest on väljendatud murdarvudena. See on mingil määral seletatav asjaoluga, et sellised keemilised elemendid koosnevad mitmest erineva aatommassiga, kuid samade keemiliste omadustega aatomitüübist.
Keemilisi elemente, millel on elementide perioodilisustabelis sama arv ja seetõttu on samad keemilised omadused, kuid erineva aatommassiga, nimetatakse isotoopideks.
Isotoope leidub enamikus keemilistes elementides, neid on kaks isotoopi, kaltsium - neli, tsink - viis, tina - üksteist jne. Paljud isotoobid saadakse kunsti kaudu, mõnel neist on suur praktiline tähtsus.
Aine elementaarosakesed
Pikka aega arvati, et keemiliste elementide aatomid on aine jaguvuse piirid ehk justkui universumi elementaarsed "ehituskivid". Kaasaegne teadus lükkab selle hüpoteesi ümber, kinnitades, et mis tahes keemilise elemendi aatom on isegi väiksemate aineosakeste agregaat kui aatom ise.
Aine struktuuri elektronteooria järgi on mis tahes keemilise elemendi aatom süsteem, mis koosneb tsentraalsest tuumast, mille ümber tiirlevad materjali "elementaarosakesed", mida nimetatakse elektronideks. Aatomituumad koosnevad üldtunnustatud seisukohtade kohaselt "elementaarsete" aineosakeste komplektist - prootonitest ja neutronitest.
Aatomite ehituse ja neis toimuvate füüsikalis-keemiliste protsesside mõistmiseks on vaja vähemalt põgusalt tutvuda aatomeid moodustavate elementaarosakeste põhiomadustega.
On kindlaks tehtud, et elektron on tõeline osake, millel on väikseim looduses täheldatud negatiivne elektrilaeng.
Kui tinglikult eeldada, et elektron osakesena on sfäärilise kujuga, siis peaks elektroni läbimõõt olema 4 ·10-13 cm, see tähendab, et see on kümneid tuhandeid kordi väiksem iga aatomi läbimõõdust.
Elektronil, nagu igal teisel materjaliosakel, on mass. Elektroni "puhkemass", st mass, mis tal on suhtelises puhkeolekus, on võrdne mo = 9,1 · 10-28 G.
Elektroni üliväike "puhkemass" näitab, et elektroni inertsiaalsed omadused on äärmiselt nõrgad, mis tähendab, et elektron võib vahelduva elektrijõu mõjul ruumis võnkuda sagedusega palju miljardeid perioode per teiseks.
Elektroni mass on nii väike, et ühe grammi elektronide tootmiseks kulub 1027 ühikut. Selleks, et sellest kolossaalselt suurest arvust oleks vähemalt füüsiline ettekujutus, toome näite. Kui ühe grammi elektrone saaks paigutada sirgjooneliselt üksteise lähedale, moodustaksid nad nelja miljardi kilomeetri pikkuse ahela.
Elektroni, nagu iga teise materjali mikroosakese, mass sõltub selle liikumise kiirusest. Suhtelises puhkeseisundis elektronil on mehaanilist laadi "puhkusmass", mis on sarnane mis tahes füüsilise keha massiga. Mis puutub elektroni "liikumismassi", mis tema liikumiskiiruse kasvades suureneb, siis see on elektromagnetilise päritoluga. See on tingitud elektromagnetvälja olemasolust liikuvas elektronis kui massi ja elektromagnetilise energiaga ainetüübis.
Mida kiiremini elektron liigub, seda enam avalduvad tema elektromagnetvälja inertsiaalsed omadused, seda suurem on viimase mass ja vastavalt ka elektromagnetenergia.Kuna elektron oma elektromagnetväljaga kujutab endast ühtset orgaaniliselt ühendatud materjalisüsteemi, on loomulik, et elektroni elektromagnetvälja impulssmass on otseselt omistatav elektronile endale.
Elektronil on lisaks osakese omadustele ka lainelised omadused.Eksperimentaalselt tehti kindlaks, et elektronide voog, nagu valgusvoog, levib lainetaolise liikumise kujul. Elektronivoolu lainelise liikumise olemust ruumis kinnitavad elektronlainete interferentsi ja difraktsiooni nähtused.
Elektrooniline interferents Kas elektronide tahte üksteisele superpositsiooni ja elektronide difraktsiooni nähtus — see on nähtus, kus elektronlained painduvad kitsa pilu servades, mida läbib elektronkiir. Seetõttu pole elektron lihtsalt osake, vaid «osakeste laine», mille pikkus sõltub elektroni massist ja kiirusest.
Tehti kindlaks, et elektron teeb lisaks translatsioonilisele liikumisele ka pöörlevat liikumist ümber oma telje. Sellist elektronide liikumist nimetatakse "spinniks" (ingliskeelsest sõnast "spin" - spindle). Selle liikumise tulemusena omandab elektron lisaks elektrilaengust tulenevatele elektrilistele omadustele ka magnetilised omadused, meenutades selles osas elementaarmagnetit.
Prooton on reaalne osake, mille positiivne elektrilaeng on absoluutväärtuselt võrdne elektroni elektrilaenguga.
Prootoni mass on 1,67 · 10-24 r, st ligikaudu 1840 korda suurem kui elektroni "puhkemass".
Erinevalt elektronist ja prootonist puudub neutronil elektrilaeng, see tähendab, et ta on elektriliselt neutraalne aine "elementaarosake". Neutroni mass on praktiliselt võrdne prootoni massiga.
Aatomeid moodustavad elektronid, prootonid ja neutronid interakteeruvad üksteisega. Eelkõige tõmbavad elektronid ja prootonid teineteist vastassuunaliste elektrilaengutega osakestena.Samal ajal tõrjuvad elektron elektronist ja prooton prootonist samade elektrilaengutega osakestena.
Kõik need elektriliselt laetud osakesed suhtlevad oma elektriväljade kaudu. Need väljad kujutavad endast erilist aineliiki, mis koosnevad elementaarmaterjaliosakeste kogumist, mida nimetatakse footoniteks. Igal footonil on talle omane rangelt määratletud kogus energiat (energiakvant).
Elektriliselt laetud materiaalsete materjalide osakeste vastastikmõju toimub footonite omavahelise vahetuse kaudu. Elektriliselt laetud osakeste vastasmõju jõudu nimetatakse tavaliselt elektrijõuks.
Ka aatomite tuumades olevad neutronid ja prootonid interakteeruvad omavahel. See nendevaheline interaktsioon ei toimu aga enam läbi elektrivälja, kuna neutron on elektriliselt neutraalne aineosake, vaid läbi nn. tuumaväli.
See väli on ka eriline aineliik, mis koosneb elementaarmaterjali osakeste kogumist, mida nimetatakse mesoniteks... Neutronite ja prootonite vastastikmõju toimub mesonite omavahelise vahetuse kaudu. Neutronite ja prootonite vastasmõju jõudu nimetatakse tuumajõuks.
On kindlaks tehtud, et tuumajõud toimivad aatomituumades äärmiselt väikestel vahemaadel — umbes 10-13 cm.
Tuumajõud ületavad oluliselt aatomi tuumas olevate prootonite vastastikuse tõukejõu elektrilisi jõude. See toob kaasa asjaolu, et nad ei suuda mitte ainult ületada prootonite vastastikust tõukejõudu aatomite tuumades, vaid ka luua prootonite ja neutronite kogumisest väga tugevaid tuumasüsteeme.
Mis tahes aatomi tuuma stabiilsus sõltub kahe vastandliku jõu - tuuma (prootonite ja neutronite vastastikune külgetõmbejõud) ja elektrilise (prootonite vastastikune tõrjumine) - suhtest.
Aatomite tuumades mõjuvad võimsad tuumajõud aitavad kaasa neutronite ja prootonite muutumisele üksteiseks. Need neutronite ja prootonite vastasmõjud leiavad aset kergemate elementaarosakeste, näiteks mesonite, vabanemise või neeldumise tulemusena.
Meie poolt käsitletud osakesi nimetatakse elementaarseteks, kuna need ei koosne teiste, lihtsamate aineosakeste agregaadist. Kuid samas ei tohi unustada, et nad on võimelised teisenema üksteiseks, tekkima teise arvelt. Seega on need osakesed mõned keerulised moodustised, see tähendab, et nende elementaarne olemus on tingimuslik.
Aatomite keemiline struktuur
Selle struktuuri lihtsaim aatom on vesinikuaatom. See koosneb ainult kahest elementaarosakesest - prootonist ja elektronist. Prooton vesinikuaatomi süsteemis täidab keskse tuuma rolli, mille ümber elektron pöörleb teatud orbiidil. Joonisel fig. 1 kujutab skemaatiliselt vesinikuaatomi mudelit.
Riis. 1. Vesiniku aatomi ehituse skeem
See mudel on tegelikkuse ligikaudne ülevaade. Fakt on see, et elektronil kui "osakeste lainel" ei ole väliskeskkonnast järsult piiritletud ruumala. Ja see tähendab, et rääkida ei peaks mingist elektroni täpsest lineaarsest orbiidist, vaid mingist elektronpilvest. Sel juhul hõivab elektron kõige sagedamini mõne pilve keskjoone, mis on üks selle võimalikest orbiitidest aatomis.
Olgu öeldud, et elektroni enda orbiit ei ole aatomis rangelt muutumatu ja paigal – see teeb elektroni massi muutumise tõttu ka teatud pöörleva liikumise. Seetõttu on elektroni liikumine aatomis suhteliselt keeruline. Kuna vesinikuaatomi tuumal (prootonil) ja selle ümber tiirleval elektronil on vastandlikud elektrilaengud, tõmbavad nad teineteist ligi.
Samal ajal arendab ümber aatomituuma pöörleva elektroni vaba energia tsentrifugaaljõudu, mis kipub seda tuumast eemaldama. Seetõttu on aatomi tuuma ja elektroni vastastikuse tõmbejõu elektriline jõud ja elektronile mõjuv tsentrifugaaljõud vastandlikud jõud.
Tasakaaluseisundis on nende elektron mõnel aatomi orbiidil suhteliselt stabiilsel positsioonil. Kuna elektroni mass on väga väike, siis selleks, et tasakaalustada aatomituuma külgetõmbejõudu, peab see pöörlema tohutu kiirusega, mis võrdub umbes 6·1015 pööret sekundis. See tähendab, et vesinikuaatomi süsteemis olev elektron liigub nagu iga teinegi aatom oma orbiidil lineaarkiirusega üle tuhande kilomeetri sekundis.
Normaalsetes tingimustes pöörleb elektron tuumale lähimal orbiidil asuvas aatomis. Samal ajal on sellel minimaalne võimalik energiakogus. Kui elektron liigub ühel või teisel põhjusel näiteks teiste aatomisüsteemi tunginud aineosakeste mõjul aatomist kaugemal asuvale orbiidile, siis on tal juba veidi suurem energiahulk.
Elektron jääb sellele uuele orbiidile aga vähetähtsaks ajaks, misjärel pöörleb tagasi aatomi tuumale kõige lähemal asuvale orbiidile.Sellel kursusel loovutab see oma üleliigse energia magnetkiirguse kvanti – kiirgusenergia kujul (joonis 2).
Riis. 2. Kui elektron liigub kaugelt orbiidilt aatomi tuumale lähemale, kiirgab ta kiirgusenergia kvant
Mida rohkem energiat elektron väljast saab, seda rohkem liigub ta aatomi tuumast kõige kaugemal asuvale orbiidile ja seda suurem on elektromagnetenergia hulk, mida ta kiirgab, kui ta pöörleb tuumale lähimale orbiidile.
Mõõtes elektroni kiirgavat energiahulka üleminekul erinevatelt orbiitidelt aatomi tuumale kõige lähemal asuvale, oli võimalik kindlaks teha, et elektron on vesinikuaatomi süsteemis, nagu iga teisegi süsteemis. aatom ei saa minna juhuslikule orbiidile, rangelt määratud sellele energiale, mille ta saab välise jõu mõjul. Orbiite, mida elektron võib aatomis hõivata, nimetatakse lubatud orbitaalideks.
Kuna vesinikuaatomi tuuma positiivne laeng (prootoni laeng) ja elektroni negatiivne laeng on arvuliselt võrdsed, on nende kogulaeng null. See tähendab, et vesinikuaatom on normaalses olekus elektriliselt neutraalne osake.
See kehtib kõigi keemiliste elementide aatomite kohta: iga keemilise elemendi aatom normaalses olekus on positiivsete ja negatiivsete laengute arvulise võrdsuse tõttu elektriliselt neutraalne osake.
Kuna vesinikuaatomi tuum sisaldab ainult ühte "elementaarosakest" — prootonit, siis on selle tuuma nn massiarv võrdne ühega. Mis tahes keemilise elemendi aatomi tuuma massiarv on selle tuuma moodustavate prootonite ja neutronite koguarv.
Looduslik vesinik koosneb peamiselt aatomite kogumist, mille massiarv on üks. Kuid see sisaldab ka teist tüüpi vesinikuaatomeid, mille massiarv on kaks. Nende raskete vesinikuaatomite tuumad, mida nimetatakse deuteroniteks, koosnevad kahest osakesest, prootonist ja neutronist. Seda vesiniku isotoopi nimetatakse deuteeriumiks.
Looduslik vesinik sisaldab väga väikeses koguses deuteeriumi. Iga kuue tuhande kerge vesinikuaatomi kohta (massiarv ühega) on ainult üks deuteeriumiaatom (raske vesinik). On veel üks vesiniku isotoop, üliraske vesinik, mida nimetatakse triitiumiks. Selle vesiniku isotoobi aatomi tuumas on kolm osakest: prooton ja kaks neutronit, mis on omavahel seotud tuumajõudude poolt. Triitiumi aatomi tuuma massiarv on kolm, see tähendab, et triitiumi aatom on kolm korda raskem kui kerge vesinikuaatom.
Kuigi vesiniku isotoopide aatomitel on erinev mass, on neil siiski samad keemilised omadused, näiteks kerge vesinik, astudes hapnikuga keemilisesse reaktsiooni, moodustab koos sellega kompleksse aine - vee. Samuti vesiniku isotoop deuteerium ühineb hapnikuga, moodustades vett, mida erinevalt tavalisest veest nimetatakse raskeks veeks. Rasket vett kasutatakse laialdaselt tuuma- (aatomi)energia tootmisel.
Seetõttu ei sõltu aatomite keemilised omadused nende tuumade massist, vaid ainult aatomi elektronkihi struktuurist. Kuna kerge vesiniku, deuteeriumi ja triitiumi aatomitel on sama arv elektrone (üks iga aatomi kohta), on neil isotoopidel samad keemilised omadused.
Pole juhus, et keemiline element vesinik on elementide perioodilisuse tabeli esimesel numbril.Fakt on see, et elementide perioodilisuse tabeli iga elemendi arvu ja selle elemendi aatomi tuuma laengu suuruse vahel on teatav seos. Selle saab sõnastada järgmiselt: iga keemilise elemendi järjekorranumber elementide perioodilisustabelis on arvuliselt võrdne selle elemendi tuuma positiivse laenguga ja seega ka selle ümber tiirlevate elektronide arvuga.
Kuna vesinik on elementide perioodilisuse tabeli esimesel numbril, tähendab see, et selle aatomi tuuma positiivne laeng on võrdne ühega ja üks elektron tiirleb ümber tuuma.
Keemiline element heelium on elementide perioodilisuse tabelis teisel kohal. See tähendab, et selle tuuma positiivne elektrilaeng on võrdne kahe ühikuga, see tähendab, et selle tuum peab sisaldama kahte prootonit ja aatomi elektronkihis - kahte elektroodi.
Looduslik heelium koosneb kahest isotoobist - raskest ja kergest heeliumist. Raske heeliumi massiarv on neli. See tähendab, et raske heeliumi aatomi tuuma peab lisaks kahele ülalmainitud prootonile sisenema veel kaks neutronit. Mis puudutab kerget heeliumi, siis selle massiarv on kolm, see tähendab, et lisaks kahele prootonile peaks selle tuuma koostisse sisenema veel üks neutron.
On leitud, et looduslikus heeliumis on kerge heeliumi aatomite arv ligikaudu miljondik rasketest geeniaatomitest. Joonisel fig. 3 on kujutatud heeliumi aatomi skemaatiline mudel.
Riis. 3. Heeliumi aatomi ehituse skeem
Keemiliste elementide aatomite struktuuri edasine komplikatsioon on tingitud prootonite ja neutronite arvu suurenemisest nende aatomite tuumades ning samaaegselt tuumade ümber pöörlevate elektronide arvu suurenemisest (joonis 4). Elementide perioodilisuse tabeli abil on lihtne määrata elektronide, prootonite ja neutronite arvu, millest erinevad aatomid moodustavad.
Riis. 4. Aatomituumade ehitusskeemid: 1 — heelium, 2 — süsinik, 3 — hapnik
Keemilise elemendi regulaarne arv on võrdne aatomi tuumas olevate prootonite arvuga ja samal ajal ümber tuuma tiirlevate elektronide arvuga. Mis puutub aatommassi, siis see on ligikaudu võrdne aatomi massiarvuga, see tähendab tuumas koos olevate prootonite ja neutronite arvuga. Seega, lahutades elemendi aatommassist arvu, mis on võrdne elemendi aatomnumbriga, on võimalik määrata, mitu neutronit antud tuumas sisaldub.
On kindlaks tehtud, et kergete keemiliste elementide tuumad, mille koostises on võrdne arv prootoneid ja neutroneid, eristuvad väga suure tugevusega, kuna tuumajõud on neis suhteliselt suured. Näiteks raske heeliumi aatomi tuum on äärmiselt vastupidav, kuna koosneb kahest prootonist ja kahest neutronist, mis on omavahel ühendatud võimsate tuumajõudude poolt.
Raskemate keemiliste elementide aatomite tuumad sisaldavad juba oma koostises ebavõrdselt palju prootoneid ja neutroneid, mistõttu on nende side tuumas nõrgem kui kergete keemiliste elementide tuumades. Nende elementide tuumad võivad aatomi "mürskudega" (neutronid, heeliumi tuumad jne) pommitades suhteliselt kergesti lõhestada.
Mis puudutab kõige raskemaid keemilisi elemente, eriti radioaktiivseid, siis nende tuumadele on iseloomulik nii madal tugevus, et need lagunevad spontaanselt oma koostisosadeks. Näiteks 88 prootoni ja 138 neutroni kombinatsioonist koosneva radioaktiivse elemendi raadiumi aatomid lagunevad spontaanselt, muutudes radioaktiivse elemendi radooni aatomiteks. Viimaste aatomid omakorda lagunevad oma koostisosadeks, minnes üle teiste elementide aatomiteks.
Olles põgusalt tutvunud keemiliste elementide aatomite tuumade koostisosadega, vaatleme aatomite elektronkestade struktuuri. Nagu teate, saavad elektronid aatomituumade ümber tiirleda ainult rangelt määratletud orbiitidel. Veelgi enam, nad on iga aatomi elektronkihti nii koondunud, et üksikuid elektronkihte saab eristada.
Iga kest võib sisaldada teatud arvu elektrone, mis ei ületa rangelt teatud arvu. Nii võib näiteks aatomi tuumale kõige lähemal asuvas esimeses elektronkihis olla maksimaalselt kaks elektroni, teises - mitte rohkem kui kaheksa elektroni jne.
Nendel aatomitel, mille välised elektronkihid on täielikult täidetud, on kõige stabiilsem elektronkiht. See tähendab, et aatom hoiab kindlalt kõik oma elektronid ja ei pea neid väljastpoolt täiendavalt vastu võtma. Näiteks heeliumi aatomil on kaks elektroni, mis täidavad täielikult esimese elektronkihi, ja neooni aatomil on kümme elektroni, millest kaks esimest täidavad täielikult esimese elektronkihi ja ülejäänud - teine (joonis 5).
Riis. 5. Neoonaatomi ehituse skeem
Seetõttu on heeliumi- ja neoonaatomitel üsna stabiilsed elektronkatted, nad ei kipu neid kvantitatiivselt muutma. Sellised elemendid on keemiliselt inertsed, st ei astu teiste elementidega keemilisse koostoimesse.
Enamikul keemilistel elementidel on aga aatomeid, mille välised elektronkatted ei ole täielikult elektronidega täidetud. Näiteks kaaliumiaatomil on üheksateist elektroni, millest kaheksateist täidavad täielikult esimesed kolm kesta ja üheksateistkümnes elektron asub järgmises, täitmata elektronkihis. Neljanda elektronkihi nõrk täitmine elektronidega viib selleni, et aatomi tuum hoiab väga nõrgalt kõige välimist - üheksateistkümnendat elektroni ja seetõttu saab viimast aatomist kergesti eemaldada. …
Või näiteks hapnikuaatomil on kaheksa elektroni, millest kaks täidavad täielikult esimese kesta ja ülejäänud kuus asuvad teises kestas. Seega, hapnikuaatomi teise elektronkihi ehitamise täielikuks lõpuleviimiseks puudub sellel ainult kaks elektroni. Seetõttu ei hoia hapnikuaatom mitte ainult kindlalt oma kuut elektroni teises kestas, vaid tal on ka võime meelitada enda juurde kaks puuduvat elektroni, et täita oma teine elektronkiht. Selle saavutab ta keemilise kombineerimise teel selliste elementide aatomitega, milles välised elektronid on nende tuumadega nõrgalt seotud.
Keemilised elemendid, mille aatomite välised elektronkihid ei ole täielikult elektronidega täidetud, on reeglina keemiliselt aktiivsed, see tähendab, et nad astuvad vabatahtlikult keemilisesse interaktsiooni.
Niisiis on keemiliste elementide aatomites olevad elektronid paigutatud rangelt määratletud järjekorras ja nende ruumilise paigutuse või koguse muutus aatomi elektronkihis viib viimaste füüsikalis-keemiliste omaduste muutumiseni.
Elektronide ja prootonite arvu võrdsus aatomisüsteemis on põhjus, miks selle kogu elektrilaeng on null. Kui rikutakse elektronide ja prootonite arvu võrdsust aatomisüsteemis, muutub aatom elektriliselt laetud süsteemiks.
Iooniks nimetatakse aatomit, mille süsteemis on vastandlike elektrilaengute tasakaal häiritud seetõttu, et ta on kaotanud osa oma elektronidest või vastupidi, omandanud neid liigselt.
Vastupidi, kui aatom omandab liigse arvu elektrone, muutub see negatiivseks iooniks. Näiteks ühe täiendava elektroni saanud klooriaatomist saab ühe laenguga negatiivne klooriioon Cl-... Kaks täiendavat elektroni saanud hapnikuaatomist saab kahekordse laenguga negatiivne hapnikuioon O jne.
Iooniks muutunud aatom muutub väliskeskkonna suhtes elektriliselt laetud süsteemiks. Ja see tähendab, et aatomil hakkas valitsema elektriväli, millega ta moodustab ühtse materiaalse süsteemi ja selle välja kaudu teostab elektrilist interaktsiooni teiste elektriliselt laetud aineosakestega - ioonide, elektronide, positiivselt laetud aatomituumadega, jne.
Erinevate ioonide võime üksteist meelitada on põhjus, miks nad keemiliselt ühinevad, moodustades keerukamaid aineosakesi – molekule.
Kokkuvõtteks tuleb märkida, et aatomi mõõtmed on väga suured võrreldes nende tegelike osakeste mõõtmetega, millest nad koosnevad. Kõige keerulisema aatomi tuum koos kõigi elektronidega hõivab ühe miljardindiku aatomi mahust. Lihtne arvutus näitab, et kui ühe kuupmeetri plaatinat saab nii tihedalt suruda, et aatomisisesed ja aatomitevahelised ruumid kaovad, siis saadakse umbes ühe kuupmillimeetriga võrdne maht.