Общие сведения о строении вещества

Строение атома

Атом – это наименьшая частица химического элемента, обладающая его свойствами.

Атом состоит из элементарных частиц: протонов, нейтронов, электронов и т. д. Электрон имеет массу покоя me = 9,1·10^-28г, является носителем наименьшего электрического заряда (кванта электричества)

е = 1,6·10^-19 Кл. Основные характеристики электрона, протона и нейтрона приведены в табл.1.

                                                                            Таблица 1

              Характеристики элементарных частиц

Характеристика	Электрон	Нейтрон	Протон
Масса покоя me	1	1838,5	1836
Заряд е	–1	0	+1

В данном курсе рассматривается простейшая планетарная модель атома, в которой протоны и нейтроны составляют положительно заряженное ядро атома, а электроны движутся по орбитам вокруг ядра. Ядро атома и окружающие его электроны образуют устойчивую пространственную систему. Электроны могут вращаться не по произвольным, а только по строго определенным орбитам, соответствующим устойчивому состоянию атома.

Количество протонов в ядре и порядок заполнения электронами оболочек можно определить по таблице Д. И. Менделеева.

Самые ближние орбиты электронов называются основными, на них электроны могут находиться очень долго, а более удаленные – возбужденными. Здесь электрон долго находиться не может.

Электрон при поглощении фотона (кванта электромагнитного поля) может переходить с основной орбиты на более удаленную (неустойчивую, возбужденную орбиту). Но через некоторое время электрон испускает фотон и возвращается на основную устойчивую орбиту.

Каждой орбите электрона соответствует определённый уровень энергии. Совокупность уровней энергии образует энергетический спектр атома. Они несут информацию об атомной структуре вещества.

Химическая связь

Такие газы как гелий, аргон, неон – одноатомные. Большинство веществ в природе существует в виде молекул, состоящих из нескольких атомов. В молекуле между атомами возникают различные связи.

Под химической связью понимают взаимодействие между атомами, обусловленное совместным использованием ими электронов.

Главные особенности химической связи:

1) значение полной энергии многоатомной системы меньше, чем сумма энергий несвязанных атомов, из которых она образована.

2) электронная плотность в поле связи заметно отличается от плотности электронов в не связанных атомах.

Природа химической связи определяется электрическим кулоновским взаимодействием ядер и электронов. При образовании связи электроны распределяются так, что силы, стремящиеся сблизить и оттолкнуть ядра, уравновешиваются.

Наиболее часто в молекулах встречаются следующие связи:

    – ковалентная;

    – ионная;

    – металлическая;

    – молекулярная.

Ковалентная связь возникает при обобществлении электронов двумя соседними атомами. Обобществление ведёт к формированию общей для связывающихся атомов электронной пары.

Ионная связь – тип химической связи, энергия которой определяется кулоновскими силами притяжения противоположно заряженных ионов. Признаком соединений с ионной связью является свойство разлагаться на ионы в полярных растворителях (например, в воде).

Металлическая связь характерна для металлов и приводит к образованию твёрдых кристаллических тел. Металлы можно рассматривать как системы, построенные из положительно заряженных атомных остовов  в узлах решётки, находящихся в среде свободных электронов.

Молекулярная связь. Такая связь существует в некоторых веществах между молекулами с ковалентными связями. При сближении двух молекул с ковалентной связью валентные электроны в обеих молекулах начинают вращаться согласованно, и между молекулами возникает сила притяжения. Молекулярная связь наблюдается, например, в парафине, имеющем низкую температуру плавления, свидетельствующую о непрочности этой связи. Молекулярная связь называется также связью Ван-дер-Ваальса (в честь нидерландского учёного).

ЛЕКЦИЯ №2

II. Электротехнические материалы