Strukturen til atomer - elementære partikler av materie, elektroner, protoner, nøytroner
Alle fysiske legemer i naturen er laget av en type materie som kalles materie. Stoffer er delt inn i to hovedgrupper - enkle og komplekse stoffer.
Komplekse stoffer er de stoffene som gjennom kjemiske reaksjoner kan spaltes til andre, enklere stoffer. I motsetning til komplekse stoffer er enkle stoffer de som ikke kan brytes kjemisk ned til enda enklere stoffer.
Et eksempel på et komplekst stoff er vann, som gjennom en kjemisk reaksjon kan dekomponeres til to andre, enklere stoffer - hydrogen og oksygen. Når det gjelder de to siste, kan de ikke lenger dekomponeres kjemisk til enklere stoffer og er derfor enkle stoffer, eller med andre ord kjemiske grunnstoffer.
I første halvdel av 1800-tallet var det en antagelse i vitenskapen om at kjemiske grunnstoffer var uforandrede stoffer som ikke hadde noe felles forhold til hverandre. Men den russiske vitenskapsmannen D. I. Mendeleev (1834 — 1907) for første gang i 1869avslører forholdet mellom kjemiske elementer, og viser at den kvalitative egenskapen til hver av dem avhenger av dens kvantitative karakteristikk - atomvekt.
Ved å studere egenskapene til kjemiske elementer, la D. I. Mendeleev merke til at egenskapene deres gjentok seg med jevne mellomrom avhengig av deres atomvekt. Han viste denne periodisiteten i form av en tabell, som kom inn i vitenskapen under navnet "Mendeleevs periodiske system for grunnstoffer."
Nedenfor er Mendeleevs moderne periodiske system over kjemiske elementer.
Atomer
I følge moderne vitenskapelige konsepter består hvert kjemisk element av en samling av de minste materielle (materiale) partikler kalt atomer.
Et atom er den minste fraksjon av et kjemisk grunnstoff som ikke lenger kan dekomponeres kjemisk til andre, mindre og enklere materialpartikler.
Atomer av kjemiske elementer av ulik natur skiller seg fra hverandre i deres fysisk-kjemiske egenskaper, struktur, størrelse, masse, atomvekt, egen energi og noen andre egenskaper. For eksempel skiller hydrogenatomet seg kraftig i egenskaper og struktur fra oksygenatomet, og sistnevnte fra uranatomet, og så videre.
Atomer av kjemiske elementer er funnet å være ekstremt små i størrelse. Hvis vi betinget antar at atomene har en sfærisk form, må diameteren deres være lik hundre milliondeler av en centimeter. For eksempel er diameteren til et hydrogenatom - det minste atomet i naturen - en hundre milliondels centimeter (10-8 cm), og diameteren til de største atomene, for eksempel uranatomet, overstiger ikke tre hundre milliondeler av en centimeter (3 10-8 cm).Derfor er hydrogenatomet like mange ganger mindre enn kulen med radius én centimeter, som sistnevnte er mindre enn kloden.
På grunn av den svært lille størrelsen på atomer er massen deres også veldig liten. For eksempel er massen til et hydrogenatom m = 1,67· 10-24 Dette betyr at ett gram hydrogen inneholder omtrent 6·1023 atomer.
For den konvensjonelle måleenheten for atomvektene til kjemiske elementer, tas 1/16 av vekten til et oksygenatom. I samsvar med denne atomvekten til et kjemisk grunnstoff kalles et abstrakt tall, som indikerer hvor mange ganger vekten til et gitt kjemisk element er mer enn 1/16 av vekten til et oksygenatom.
I det periodiske systemet for grunnstoffene til D. I. Mendeleev er atomvektene til alle kjemiske grunnstoffer gitt (se tallet under navnet på grunnstoffet). Fra denne tabellen ser vi at det letteste atomet er hydrogenatomet, som har en atomvekt på 1,008. Atomvekten til karbon er 12, oksygen er 16, og så videre.
Når det gjelder de tyngre kjemiske elementene, overstiger deres atomvekt atomvekten til hydrogen med mer enn to hundre ganger. Så atomverdien av kvikksølv er 200,6, radium er 226, og så videre. Jo høyere tallrekkefølge okkupert av et kjemisk grunnstoff i det periodiske system av elementer, jo større er atomvekten.
De fleste av atomvektene til kjemiske elementer er uttrykt som brøktall. Dette forklares til en viss grad av at slike kjemiske grunnstoffer består av et sett av hvor mange typer atomer med ulik atomvekt, men med samme kjemiske egenskaper.
Kjemiske grunnstoffer som opptar samme antall i grunnstoffenes periodiske system og derfor har de samme kjemiske egenskapene, men med ulik atomvekt, kalles isotoper.
Isotoper finnes i de fleste kjemiske grunnstoffer, det er to isotoper, kalsium - fire, sink - fem, tinn - elleve osv. Mange isotoper oppnås gjennom kunst, noen av dem har stor praktisk betydning.
Elementære partikler av materie
I lang tid ble det antatt at atomene til kjemiske elementer er grensen for materiens delbarhet, det vil si, så å si, de elementære "byggesteinene" i universet. Moderne vitenskap avviser denne hypotesen ved å fastslå at atomet til ethvert kjemisk element er et aggregat av enda mindre materialpartikler enn selve atomet.
I følge elektronteorien om materiens struktur er atomet til ethvert kjemisk element et system som består av en sentral kjerne rundt som kretser "elementære" partikler av materialet som kalles elektroner. Atomkjernene, i henhold til allment aksepterte synspunkter, består av et sett med "elementære" materialpartikler - protoner og nøytroner.
For å forstå strukturen til atomer og de fysisk-kjemiske prosessene i dem, er det nødvendig å i det minste kort gjøre deg kjent med de grunnleggende egenskapene til de elementære partiklene som utgjør atomene.
Det er bestemt at et elektron er en ekte partikkel med den minste negative elektriske ladningen observert i naturen.
Hvis vi betinget antar at elektronet som en partikkel har en sfærisk form, bør diameteren til elektronet være lik 4 ·10-13 cm, det vil si at det er titusenvis av ganger mindre enn diameteren til hvert atom.
Et elektron, som enhver annen materialpartikkel, har masse. "Hvilemassen" til elektronet, det vil si massen det har i en tilstand av relativ hvile, er lik mo = 9,1 · 10-28 G.
Den ekstremt lille "hvilemassen" til elektronet indikerer at elektronets treghetsegenskaper er ekstremt svake, noe som betyr at elektronet under påvirkning av en vekslende elektrisk kraft kan svinge i rommet med en frekvens på mange milliarder perioder pr. sekund.
Massen til elektronet er så liten at det trengs 1027 enheter for å produsere ett gram elektroner. For å ha i det minste en fysisk ide om dette kolossalt store antallet, vil vi gi et eksempel. Hvis ett gram elektroner kunne ordnes i en rett linje nær hverandre, ville de dannet en fire milliarder kilometer lang kjede.
Massen til elektronet, som alle andre materielle mikropartikler, avhenger av hastigheten på dets bevegelse. Et elektron i en tilstand av relativ hvile har en "hvilemasse" av mekanisk natur, lik massen til enhver fysisk kropp. Når det gjelder "bevegelsesmassen" til elektronet, som øker når bevegelseshastigheten øker, er det av elektromagnetisk opprinnelse. Dette skyldes tilstedeværelsen av et elektromagnetisk felt i et elektron i bevegelse som en type materie med masse og elektromagnetisk energi.
Jo raskere elektronet beveger seg, jo mer treghetsegenskapene til dets elektromagnetiske felt manifesteres, desto større er massen til sistnevnte og følgelig dets elektromagnetiske energi. Siden elektronet med dets elektromagnetiske felt representerer et enkelt organisk forbundet materialsystem, er det er naturlig at momentummassen til elektronets elektromagnetiske felt direkte tilskrives selve elektronet.
Elektronet har, i tillegg til egenskapene til en partikkel, også bølgeegenskaper.Det ble eksperimentelt fastslått at strømmen av elektroner, som en lysstrøm, forplanter seg i form av en bølgelignende bevegelse. Naturen til bølgebevegelsen til elektronstrømmen i rommet bekreftes av fenomenene interferens og diffraksjon av elektronbølger.
Elektronisk interferens Er fenomenet superposisjon av elektronviljer på hverandre og elektrondiffraksjon - dette er fenomenet med elektronbølger som bøyer seg i kantene av en smal spalte som elektronstrålen passerer gjennom. Derfor er elektronet ikke bare en partikkel, men en «partikkelbølge», hvis lengde avhenger av elektronets masse og hastighet.
Det ble fastslått at elektronet, i tillegg til sin translasjonsbevegelse, også utfører en rotasjonsbevegelse rundt sin akse. Denne typen elektronbevegelse kalles "spin" (fra det engelske ordet "spin" - spindel). Som et resultat av denne bevegelsen får elektronet, i tillegg til de elektriske egenskapene på grunn av den elektriske ladningen, også magnetiske egenskaper, som i denne henseende ligner en elementær magnet.
Et proton er en reell partikkel med en positiv elektrisk ladning som i absolutt verdi er den elektriske ladningen til et elektron.
Protonmassen er 1,67 ·10-24 r, det vil si omtrent 1840 ganger større enn "hvilemassen" til elektronet.
I motsetning til et elektron og et proton har et nøytron ingen elektrisk ladning, det vil si at det er en elektrisk nøytral "elementær" partikkel av materie. Massen til nøytronet er praktisk talt lik massen til protonet.
Elektronene, protonene og nøytronene som utgjør atomene, samhandler med hverandre. Spesielt tiltrekker elektroner og protoner hverandre som partikler med motsatte elektriske ladninger.Samtidig frastøter elektron fra elektron og proton fra proton som partikler med samme elektriske ladninger.
Alle disse elektrisk ladede partiklene samhandler gjennom deres elektriske felt. Disse feltene er en spesiell type materie som består av en samling elementære materialpartikler kalt fotoner. Hvert foton har en strengt definert mengde energi (energikvante) iboende.
Samspillet mellom partikler av elektrisk ladede materialmaterialer skjer gjennom utveksling av fotoner med hverandre. Samhandlingskraften til elektrisk ladede partikler kalles vanligvis den elektriske kraften.
Nøytroner og protoner i atomkjernene samhandler også med hverandre. Denne interaksjonen mellom dem skjer imidlertid ikke lenger gjennom et elektrisk felt, siden nøytronet er en elektrisk nøytral partikkel av materie, men gjennom den s.k. kjernefysisk felt.
Dette feltet er også en spesiell type materie som består av en samling elementære materialpartikler kalt mesoner... Samspillet mellom nøytroner og protoner skjer gjennom utveksling av mesoner med hverandre. Samspillskraften mellom nøytroner og protoner kalles kjernekraften.
Det er fastslått at kjernekrefter virker i atomkjernene på ekstremt små avstander - omtrent 10-13 cm.
Kjernekrefter overskrider i stor grad de elektriske kreftene for gjensidig frastøting av protoner i kjernen til et atom. Dette fører til det faktum at de ikke bare er i stand til å overvinne kreftene til gjensidig frastøtning av protoner inne i atomkjernene, men også til å skape veldig sterke systemer av kjerner fra samlingen av protoner og nøytroner.
Stabiliteten til kjernen til ethvert atom avhenger av forholdet mellom to motstridende krefter - kjernefysiske (gjensidig tiltrekning av protoner og nøytroner) og elektriske (gjensidig frastøting av protoner).
Kraftige kjernekrefter som virker i atomkjernene bidrar til transformasjonen av nøytroner og protoner til hverandre. Disse interaksjonene mellom nøytroner og protoner skjer som et resultat av frigjøring eller absorpsjon av lettere elementærpartikler, for eksempel mesoner.
Partiklene som vi vurderer kalles elementære fordi de ikke består av et aggregat av andre, enklere materiepartikler. Men samtidig må vi ikke glemme at de er i stand til å forvandle seg til hverandre, for å oppstå på bekostning av den andre. Dermed er disse partiklene noen komplekse formasjoner, det vil si at deres elementære natur er betinget.
Kjemisk struktur av atomer
Det enkleste atomet i strukturen er hydrogenatomet. Den består av en samling av bare to elementærpartikler - et proton og et elektron. Protonet i hydrogenatomsystemet spiller rollen som en sentral kjerne som et elektron roterer rundt i en bestemt bane. I fig. 1 viser skjematisk en modell av hydrogenatomet.
Ris. 1. Diagram over strukturen til hydrogenatomet
Denne modellen er bare en grov tilnærming av virkeligheten. Faktum er at elektronet som en "bølge av partikler" ikke har et volum skarpt avgrenset fra det ytre miljø. Og dette betyr at man ikke skal snakke om en eksakt lineær bane for elektronet, men om en slags elektronsky. I dette tilfellet opptar elektronet oftest en midtlinje i skyen, som er en av dens mulige baner i atomet.
Det skal sies at selve elektronets bane ikke er strengt tatt uforanderlig og stasjonær i atomet - det gjør også, på grunn av endringen i elektronets masse, en viss rotasjonsbevegelse. Derfor er bevegelsen av et elektron i et atom relativt komplisert. Siden kjernen til hydrogenatomet (protonet) og elektronet som roterer rundt det har motsatte elektriske ladninger, tiltrekker de hverandre.
Samtidig utvikler den frie energien til elektronet, som roterer rundt atomkjernen, en sentrifugalkraft som har en tendens til å fjerne det fra kjernen. Derfor er den elektriske kraften for gjensidig tiltrekning mellom kjernen til atomet og elektronet og sentrifugalkraften som virker på elektronet motsatte krefter.
I likevekt inntar elektronet deres en relativt stabil posisjon i en eller annen bane i atomet. Siden massen til elektronet er veldig liten, må det for å balansere tiltrekningskraften til atomkjernen spinne med en enorm hastighet som tilsvarer omtrent 6·1015 omdreininger per sekund. Dette betyr at et elektron i systemet til et hydrogenatom, som alle andre atomer, beveger seg langs sin bane med en lineær hastighet som overstiger tusen kilometer per sekund.
Under normale forhold spinner et elektron i et atom av den typen i banen nærmest kjernen. Samtidig har den minst mulig energimengde. Hvis elektronet av en eller annen grunn, for eksempel under påvirkning av andre materialpartikler som har invadert atomsystemet, beveger seg til en bane som er fjernere fra atomet, vil det allerede ha en litt større mengde energi.
Imidlertid forblir elektronet i denne nye banen i en ubetydelig tid, hvoretter det spinner tilbake til banen nærmest atomkjernen.I løpet av dette kurset gir den fra seg overskuddsenergien i form av et kvantum av magnetisk stråling – strålingsenergi (fig. 2).
Ris. 2. Når et elektron beveger seg fra en fjern bane til en som er nærmere kjernen til et atom, sender det ut et kvantum av strålingsenergi
Jo mer energi elektronet mottar fra utsiden, jo mer beveger det seg inn i banen som er lengst fra atomkjernen, og jo større mengde elektromagnetisk energi avgir det når det snurrer til banen nærmest kjernen.
Ved å måle mengden energi som sendes ut av elektronet under overgangen fra forskjellige baner til den som er nærmest kjernen til atomet, var det mulig å fastslå at et elektron i systemet til et hydrogenatom, som i et hvilket som helst annet system. atom, kan ikke gå til en tilfeldig bane, til en strengt bestemt i samsvar med denne energien som den mottar under påvirkning av en ekstern kraft. Banene som et elektron kan okkupere i et atom kalles tillatte orbitaler.
Siden den positive ladningen til kjernen til hydrogenatomet (ladningen til protonet) og den negative ladningen til elektronet er numerisk like, er deres totale ladning null. Dette betyr at hydrogenatomet i normal tilstand er en elektrisk nøytral partikkel.
Dette gjelder for atomene til alle kjemiske elementer: atomet til ethvert kjemisk element i normal tilstand er en elektrisk nøytral partikkel på grunn av den numeriske likheten mellom positive og negative ladninger.
Siden kjernen til et hydrogenatom bare inneholder en "elementær" partikkel - et proton, er det såkalte massetallet til denne kjernen lik en. Massenummeret til kjernen til et atom av et hvilket som helst kjemisk element er det totale antallet protoner og nøytroner som utgjør den kjernen.
Naturlig hydrogen består hovedsakelig av en samling atomer med massetall lik én. Imidlertid inneholder den også en annen type hydrogenatomer, med et massetall lik to. Kjernene til disse tunge hydrogenatomene, kalt deuteroner, består av to partikler, et proton og et nøytron. Denne isotopen av hydrogen kalles deuterium.
Naturlig hydrogen inneholder svært små mengder deuterium. For hver seks tusen lette hydrogenatomer (massetall lik én), er det bare ett deuteriumatom (tungt hydrogen). Det er en annen isotop av hydrogen, supertungt hydrogen kalt tritium. I kjernen til et atom i denne hydrogenisotopen er det tre partikler: et proton og to nøytroner, bundet sammen av kjernekrefter. Massetallet til kjernen til et tritiumatom er tre, det vil si at tritiumatomet er tre ganger tyngre enn det lette hydrogenatomet.
Selv om atomene til hydrogenisotoper har forskjellige masser, har de fortsatt de samme kjemiske egenskapene, for eksempel lett hydrogen, som går inn i en kjemisk reaksjon med oksygen, danner et komplekst stoff med det - vann. Likeledes kombineres isotopen av hydrogen, deuterium, med oksygen og danner vann, som i motsetning til vanlig vann kalles tungtvann. Tungtvann er mye brukt i produksjon av kjernefysisk (atomær) energi.
Derfor avhenger ikke de kjemiske egenskapene til atomer av massen til kjernene deres, men bare av strukturen til atomets elektronskall. Fordi atomer av lett hydrogen, deuterium og tritium har samme antall elektroner (en for hvert atom), har disse isotopene de samme kjemiske egenskapene.
Det er ikke tilfeldig at det kjemiske elementet hydrogen opptar det første tallet i grunnstoffenes periodiske system.Faktum er at det er en viss sammenheng mellom antallet av hvert element i det periodiske systemet av elementer og størrelsen på ladningen på kjernen til et atom i det elementet. Det kan formuleres som følger: serienummeret til hvert kjemisk grunnstoff i det periodiske systemet er numerisk lik den positive ladningen til kjernen til det elementet, og derfor antallet elektroner som roterer rundt det.
Siden hydrogen opptar det første tallet i grunnstoffenes periodiske system, betyr dette at den positive ladningen til kjernen til atomet er lik én og at ett elektron kretser rundt kjernen.
Det kjemiske elementet helium er nummer to i det periodiske systemet over grunnstoffer. Dette betyr at den har en positiv elektrisk ladning av kjernen lik to enheter, det vil si at kjernen må inneholde to protoner, og i elektronskallet til atomet - to elektroder.
Naturlig helium består av to isotoper - tungt og lett helium. Massetallet for tungt helium er fire. Dette betyr at i tillegg til de to protonene nevnt ovenfor, må ytterligere to nøytroner komme inn i kjernen til det tunge heliumatomet. Når det gjelder det lette heliumet, er massenummeret tre, det vil si at i tillegg til to protoner, skal ett nøytron til komme inn i kjernens sammensetning.
Det har blitt funnet at i naturlig helium er antallet lette heliumatomer omtrent en milliondel av de tunge gen-atomene. I fig. 3 viser en skjematisk modell av heliumatomet.
Ris. 3. Diagram over strukturen til heliumatomet
Den videre komplikasjonen av strukturen til atomer av kjemiske elementer skyldes en økning i antall protoner og nøytroner i kjernene til disse atomene og samtidig en økning i antall elektroner som roterer rundt kjernene (fig. 4). Ved å bruke grunnstoffenes periodiske system er det enkelt å bestemme antall elektroner, protoner og nøytroner som utgjør ulike atomer.
Ris. 4. Planer for konstruksjon av atomkjerner: 1 — helium, 2 — karbon, 3 — oksygen
Det vanlige antallet av et kjemisk grunnstoff er lik antall protoner i atomkjernen og samtidig antallet elektroner som kretser rundt kjernen. Når det gjelder atomvekten, er den omtrent lik massetallet til atomet, det vil si antall protoner og nøytroner tatt sammen i kjernen. Derfor, ved å trekke fra atomvekten til et grunnstoff et tall som er lik grunnstoffets atomnummer, er det mulig å bestemme hvor mange nøytroner som finnes i en gitt kjerne.
Det er fastslått at kjernene til lette kjemiske elementer, som har like mange protoner og nøytroner i sammensetningen, utmerker seg med svært høy styrke, siden kjernekreftene i dem er relativt store. For eksempel er kjernen til et tungt heliumatom ekstremt holdbar fordi den består av to protoner og to nøytroner bundet sammen av kraftige kjernekrefter.
Kjernene til atomene til tyngre kjemiske elementer inneholder allerede i sin sammensetning et ulikt antall protoner og nøytroner, og det er grunnen til at deres binding i kjernen er svakere enn i kjernene til lette kjemiske elementer. Kjernene til disse grunnstoffene kan deles relativt enkelt når de bombarderes med atom "prosjektiler" (nøytroner, heliumkjerner, etc.).
Når det gjelder de tyngste kjemiske elementene, spesielt de radioaktive, er kjernene deres preget av så lav styrke at de spontant går i oppløsning i komponentene deres. For eksempel atomer av det radioaktive grunnstoffet radium, bestående av en kombinasjon av 88 protoner og 138 nøytroner, henfaller spontant og blir til atomer av det radioaktive grunnstoffet radon. Atomene til sistnevnte brytes på sin side opp i sine bestanddeler, og går over i atomene til andre elementer.
Etter å ha gjort oss kort kjent med bestanddelene i kjernene til atomer av kjemiske elementer, la oss vurdere strukturen til elektronskallene til atomer. Som du vet, kan elektroner bare dreie seg rundt atomkjernene i strengt definerte baner. Dessuten er de så gruppert i elektronskallet til hvert atom at individuelle elektronskall kan skilles.
Hvert skall kan inneholde et visst antall elektroner, som ikke overstiger et strengt bestemt antall. Så, for eksempel, i det første elektronskallet nærmest kjernen til et atom kan det være maksimalt to elektroner, i det andre - ikke mer enn åtte elektroner, etc.
De atomene der de ytre elektronskallene er fullstendig fylte har det mest stabile elektronskallet. Dette betyr at et atom holder fast på alle elektronene sine og ikke trenger å motta en ekstra mengde av dem fra utsiden. For eksempel har et heliumatom to elektroner som fyller det første elektronskallet fullstendig, og et neonatom har ti elektroner, hvorav de to første fyller det første elektronskallet fullstendig og resten - det andre (fig. 5).
Ris. 5. Diagram over strukturen til neonatomet
Derfor har helium- og neonatomer ganske stabile elektronskall, de har ikke en tendens til å endre dem på noen kvantitativ måte. Slike elementer er kjemisk inerte, det vil si at de ikke inngår kjemisk interaksjon med andre elementer.
Imidlertid har de fleste kjemiske grunnstoffer atomer der de ytre elektronskallene ikke er helt fylt med elektroner. For eksempel har et kaliumatom nitten elektroner, hvorav atten fyller de tre første skjellene fullstendig, og det nittende elektronet er i det neste, ufylte elektronskallet. Den svake fyllingen av det fjerde elektronskallet med elektroner fører til at atomkjernen svært svakt holder det ytterste - det nittende elektronet, og derfor kan sistnevnte lett fjernes fra atomet. …
Eller, for eksempel, oksygenatomet har åtte elektroner, hvorav to fyller det første skallet fullstendig, og de resterende seks er plassert i det andre skallet. Således, for fullstendig fullføring av konstruksjonen av det andre elektronskallet i oksygenatomet, mangler det bare to elektroner. Derfor holder oksygenatomet ikke bare fast sine seks elektroner i det andre skallet, men har også evnen til å tiltrekke seg to manglende elektroner til seg selv for å fylle det andre elektronskallet. Dette oppnår han ved kjemisk kombinasjon med atomene til slike grunnstoffer der de ytre elektronene er svakt assosiert med kjernene deres.
Kjemiske grunnstoffer hvis atomer ikke har ytre elektronlag fullstendig fylt med elektroner, er som regel kjemisk aktive, det vil si at de villig inngår i en kjemisk interaksjon.
Så elektronene i atomene til de kjemiske elementene er ordnet i en strengt definert rekkefølge, og enhver endring i deres romlige arrangement eller mengde i elektronskallet til atomet fører til en endring i de fysisk-kjemiske egenskapene til sistnevnte.
Likheten mellom antall elektroner og protoner i atomsystemet er grunnen til at dens totale elektriske ladning er null. Hvis likheten mellom antall elektroner og protoner i atomsystemet brytes, blir atomet et elektrisk ladet system.
Et atom i systemet hvis balanse mellom motsatte elektriske ladninger er forstyrret på grunn av at det har mistet deler av elektronene eller omvendt har fått et overskudd av dem, kalles et ion.
Tvert imot, hvis et atom får overflødig antall elektroner, blir det et negativt ion. For eksempel blir et kloratom som har fått ett ekstra elektron til et enkeltladet negativt klorion Cl-... Et oksygenatom som har mottatt ytterligere to elektroner blir et dobbeltladet negativt oksygenion O, og så videre.
Et atom som har blitt et ion blir et elektrisk ladet system med hensyn til det ytre miljøet. Og dette betyr at atomet begynte å ha et elektrisk felt, sammen med hvilket det danner et enkelt materialsystem, og gjennom dette feltet utfører det elektrisk interaksjon med andre elektrisk ladede partikler av materie - ioner, elektroner, positivt ladede atomkjerner, etc.
Evnen til forskjellige ioner til å tiltrekke hverandre er grunnen til at de kombineres kjemisk, og danner mer komplekse partikler av materie - molekyler.
Avslutningsvis bør det bemerkes at dimensjonene til atomet er veldig store sammenlignet med dimensjonene til de virkelige partiklene de er sammensatt av. Kjernen til det mest komplekse atomet, sammen med alle elektronene, opptar en milliarddel av atomets volum. Et enkelt regnestykke viser at hvis én kubikkmeter platina kan presses så tett at de intra-atomiske og inter-atomære rommene forsvinner, vil man få et volum lik ca. én kubikkmillimeter.