Question

Почему атомы могут отдавать электроны?

Answer 1

Известно, что электроны находятся на разном расстоянии от ядра атома. В связи с этим, согласно закону Кулона, взаимодей­ствие положительно заряженных протонов ядра с электронами, расположенными в слое, ближайшем к ядру, значительно сильнее взаимодействия протонов с электронами, находящимися в наиболее удаленном слое.

Если от атомов того или иного вещества «оторвать» один или несколько таких слабо связанных (свободных) с ядром электро­нов, то нарушится электрическое равновесие в атомах и вещество будет заряжено положительным электричеством.

Наоборот, если у атомов вещества количество электронов боль­ше количества протонов, то тело приобретает отрицательный заряд. Атом с отрицательным зарядом называют отрицательным ионом.

Изменить количество электронов в атомах различных твердых материалов (наэлектризовать тела) можно, например, воздей­ствием световой энергии, нагреванием, использованием химиче­ских процессов, деформацией кристаллов.

Электризация световой энергией. Профессор А. Г. Столетов в 1888 г. установил, что под действием света из таких материалов, как цинк, алюминий, цезий, натрий, свинец, калий и т. п. , вылетают электроны и эти материалы заряжаются положительным электри­чеством. В этом можно убедиться на опыте.

На стержне электроскопа укрепим полированный диск из цин­ка. При отсутствии электрического заряда на цинке лепестки элек­троскопа будут опущены.

Если на диск направить световой поток (рис. 2, а) , лепестки электроскопа оттолкнутся и разойдутся на некоторый угол. Это показывает, что диск электроскопа и листочки, прикрепленные к его стержню, зарядились одноименными электрическими заряда­ми. По углу отклонения листочков можно судить о величине заряда.

Электризация нагреванием. При сильном нагревании металлов электроны приобретают такую энергию, что вылетают за пределы нагретого металла. В результате этого металл «теряет» электроны и заряжается положительно.

Если к металлической пластинке 1, помещенной в вакууме (рис. 2, б) , присоединить электроскоп и нагреть нить 2, то лепестки электроскопа, отталкиваясь друг от друга, разойдутся на некото­рый угол. Это объясняется тем, что из накаленной нити вылетают электроны. Через пластинку 1 они попадают на электроскоп и заряжают его.

Явление, при котором из сильно нагретых металлов в окружаю­щую среду вылетают электроны, называется термоэлектронной эмиссией. На использовании этого явления основана работа элек­тронных ламп (см. гл. XIII).

Электризация при химической реакции. В химических источни­ках электрической энергии (элементах, аккумуляторах) имеются два полюса: « + » и «—». Положительные и отрицательные заряды в них образуются в результате химических реакций окисления и восстановления, происходящих внутри элементов (рис. 2, в) и акку­муляторов. При окислении атомы вещества отдают электроны. В этом случае атомы и вещество в целом приобретают положи­тельный заряд « + ». При химической реакции восстановления атомы вещества присоединяют к себе электроны и приобретают отрицательный заряд « —».

Электризация давлением. Материалы, у которых под действием давления возникают электрические заряды, называются пьезоэлектриками [4]. К ним относятся кварц, сегнетовая соль, фосфат аммония и др.

Если пластинку пьезоэлектрика (рис. 2, г) поместить между двумя электродами и давить на нее с силой F, то одна грань ее электризуется положительным электрическим зарядом, а противо­положная — отрицательным.

При изменении направления действия сил — при растягиваю­щем усилии — знак заряда на пьезоэлектрике изменяется. Это свя­зано с тем, что под действием механической силы электрические заряды атомов вещества смещаются. Чем больше усилие, дейст­вующее на пьезоэлектрик, тем сильнее он электризуется. Свойства электризации пьезоэлектрика используются в автоматике и других областях новой техники.

Answer 2

Атомы могут отдавать электроны из-за особенностей структуры и связей между атомами в химических соединениях. В атоме электроны располагаются в энергетических уровнях или оболочках вокруг ядра. Каждая оболочка может содержать определенное количество электронов.

Атомы стремятся достичь более стабильной энергетической конфигурации, которая обычно соответствует полностью заполненным оболочкам электронов. Чтобы достичь такой конфигурации, атомы могут образовывать химические связи с другими атомами, перенося электроны между собой.

Существует два основных типа связей: ионическая и ковалентная. В ионической связи один атом отдает один или несколько электронов другому атому, образуя положительный ион (катион) и отрицательный ион (анион). Это происходит, когда атом с недостатком электронов (электронное дефицитное состояние) переходит в состояние с полными оболочками, отдавая электроны атому с избытком электронов.

В ковалентной связи два атома делят один или несколько электронов между собой. Это происходит, когда оба атома имеют недостаток электронов и стремятся заполнить свои оболочки путем обмена электронами.

Отдача электронов является результатом взаимодействия электрических сил и стремления атомов к более стабильной энергетической конфигурации.