L'estructura dels àtoms: partícules elementals de matèria, electrons, protons, neutrons
Tots els cossos físics de la natura estan formats per un tipus de matèria anomenada matèria. Les substàncies es divideixen en dos grups principals: substàncies simples i complexes.
Les substàncies complexes són aquelles substàncies que, mitjançant reaccions químiques, es poden descompondre en altres substàncies més simples. A diferència de les substàncies complexes, les substàncies simples són aquelles que no es poden descompondre químicament en substàncies encara més simples.
Un exemple de substància complexa és l'aigua, que mitjançant una reacció química es pot descompondre en altres dues substàncies més simples: hidrogen i oxigen. Pel que fa als dos últims, ja no es poden descompondre químicament en substàncies més simples i, per tant, són substàncies simples, o, dit d'una altra manera, elements químics.
A la primera meitat del segle XIX, en la ciència es va suposar que els elements químics eren substàncies inalterades que no tenien cap relació comuna entre si. Tanmateix, el científic rus D. I. Mendeleiev (1834 — 1907) per primera vegada el 1869revela la relació dels elements químics, demostrant que la característica qualitativa de cadascun d'ells depèn de la seva característica quantitativa: el pes atòmic.
Estudiant les propietats dels elements químics, D. I. Mendeleiev va notar que les seves propietats es repetien periòdicament en funció del seu pes atòmic. Va mostrar aquesta periodicitat en forma de taula, que va entrar a la ciència amb el nom de "Taula periòdica dels elements de Mendeleiev".
A continuació es mostra la taula periòdica moderna dels elements químics de Mendeleiev.
Àtoms
Segons els conceptes científics moderns, cada element químic consisteix en una col·lecció de les partícules materials (materials) més petites anomenades àtoms.
Un àtom és la fracció més petita d'un element químic que ja no es pot descompondre químicament en altres partícules materials més petites i més simples.
Els àtoms d'elements químics de diferent naturalesa es diferencien entre si en les seves propietats fisicoquímiques, estructura, mida, massa, pes atòmic, energia pròpia i algunes altres propietats. Per exemple, l'àtom d'hidrogen difereix molt en les seves propietats i estructura de l'àtom d'oxigen, i aquest últim de l'àtom d'urani, etc.
Es troba que els àtoms dels elements químics són de mida extremadament reduïda. Si suposem condicionalment que els àtoms tenen una forma esfèrica, aleshores els seus diàmetres han de ser iguals a cent milionèsimes de centímetre. Per exemple, el diàmetre d'un àtom d'hidrogen, l'àtom més petit de la natura, és de cent milionèsima part de centímetre (10-8 cm) i el diàmetre dels àtoms més grans, per exemple, l'àtom d'urani, no supera els tres-cents. milionèsimes de centímetre (3 10-8 cm).Per tant, l'àtom d'hidrogen és tantes vegades més petit que l'esfera d'un centímetre de radi, com aquesta és més petita que el globus.
A causa de la mida molt petita dels àtoms, la seva massa també és molt petita. Per exemple, la massa d'un àtom d'hidrogen és m = 1,67· 10-24 Això vol dir que un gram d'hidrogen conté uns 6·1023 àtoms.
Per a la unitat de mesura convencional dels pesos atòmics dels elements químics, es pren 1/16 del pes d'un àtom d'oxigen. D'acord amb aquest pes atòmic d'un element químic, s'anomena un nombre abstracte, que indica quantes vegades el pes d'un element químic donat és superior a 1/16 del pes d'un àtom d'oxigen.
A la taula periòdica dels elements de D. I. Mendeleiev, es donen els pesos atòmics de tots els elements químics (vegeu el nombre sota el nom de l'element). D'aquesta taula veiem que l'àtom més lleuger és l'àtom d'hidrogen, que té un pes atòmic d'1,008. El pes atòmic del carboni és 12, l'oxigen és 16, i així successivament.
Pel que fa als elements químics més pesants, el seu pes atòmic supera en més de dues-centes vegades el pes atòmic de l'hidrogen. Així, el valor atòmic del mercuri és 200,6, el radi és 226, i així successivament. Com més gran sigui l'ordre numèric ocupat per un element químic a la taula periòdica dels elements, més gran serà el pes atòmic.
La majoria dels pesos atòmics dels elements químics s'expressen com a nombres fraccionaris. Això s'explica fins a cert punt pel fet que aquests elements químics consisteixen en un conjunt de quants tipus d'àtoms amb diferents pesos atòmics però amb les mateixes propietats químiques.
Els elements químics que ocupen el mateix nombre a la taula periòdica dels elements i per tant tenen les mateixes propietats químiques però amb diferents pesos atòmics s'anomenen isòtops.
Els isòtops es troben en la majoria dels elements químics, n'hi ha dos, el calci - quatre, el zinc - cinc, l'estany - onze, etc. Molts isòtops s'obtenen mitjançant l'art, alguns d'ells tenen una gran importància pràctica.
Partícules elementals de la matèria
Durant molt de temps es va creure que els àtoms dels elements químics eren el límit de la divisibilitat de la matèria, és a dir, per dir-ho, els "blocs de construcció" elementals de l'univers. La ciència moderna rebutja aquesta hipòtesi establint que l'àtom de qualsevol element químic és un agregat de partícules materials encara més petites que l'àtom mateix.
Segons la teoria electrònica de l'estructura de la matèria, l'àtom de qualsevol element químic és un sistema format per un nucli central al voltant del qual giren partícules "elementals" de la matèria anomenades electrons. Els nuclis dels àtoms, segons els punts de vista generalment acceptats, consisteixen en un conjunt de partícules materials "elementals": protons i neutrons.
Per entendre l'estructura dels àtoms i els processos fisicoquímics en ells, cal familiaritzar-se, almenys breument, amb les característiques bàsiques de les partícules elementals que formen els àtoms.
Es determina que un electró és una partícula real amb la càrrega elèctrica negativa més petita observada a la natura.
Si suposem condicionalment que l'electró com a partícula té una forma esfèrica, aleshores el diàmetre de l'electró hauria de ser igual a 4 ·10-13 cm, és a dir, és desenes de milers de vegades més petit que el diàmetre de cada àtom.
Un electró, com qualsevol partícula material, té massa. La "massa en repòs" de l'electró, és a dir, la massa que posseeix en estat de repòs relatiu, és igual a mo = 9,1 · 10-28 G.
La "massa en repòs" extremadament petita de l'electró indica que les propietats inercials de l'electró són extremadament febles, el que significa que l'electró, sota la influència d'una força elèctrica alterna, pot oscil·lar a l'espai amb una freqüència de molts milers de milions de períodes per segon.
La massa de l'electró és tan petita que es necessiten 1027 unitats per produir un gram d'electrons. Per tenir almenys una idea física d'aquest nombre colossalment gran, posarem un exemple. Si un gram d'electrons es pogués disposar en línia recta els uns dels altres, formarien una cadena de quatre mil milions de quilòmetres de llarg.
La massa de l'electró, com qualsevol altra micropartícula material, depèn de la velocitat del seu moviment. Un electró en estat de repòs relatiu té una "massa en repòs" de naturalesa mecànica, semblant a la massa de qualsevol cos físic. Pel que fa a la "massa de moviment" de l'electró, que augmenta a mesura que augmenta la velocitat del seu moviment, és d'origen electromagnètic. Això es deu a la presència d'un camp electromagnètic en un electró en moviment com a tipus de matèria amb massa i energia electromagnètica.
Com més ràpid es mou l'electró, més es manifesten les propietats inercials del seu camp electromagnètic, més gran és la massa d'aquest i, en conseqüència, la seva energia electromagnètica.Com que l'electró amb el seu camp electromagnètic representa un únic sistema material connectat orgànicament, és És natural que la massa de moviment del camp electromagnètic de l'electró s'atribueixi directament al propi electró.
L'electró, a més de les propietats d'una partícula, també té propietats ondulatòries.Es va establir experimentalment que el flux d'electrons, com un flux de llum, es propaga en forma de moviment ondulat. La naturalesa del moviment ondulatori del flux d'electrons a l'espai es confirma amb els fenòmens d'interferència i difracció de les ones d'electrons.
La interferència electrònica és el fenomen de superposició de voluntats d'electrons entre si i difracció d'electrons: aquest és el fenomen de les ones d'electrons que es dobleguen a les vores d'una escletxa estreta per on passa el feix d'electrons. Per tant, l'electró no és només una partícula, sinó una «ona de partícules», la longitud de la qual depèn de la massa i la velocitat de l'electró.
Es va establir que l'electró, a més del seu moviment de translació, també realitza un moviment de rotació al voltant del seu eix. Aquest tipus de moviment d'electrons s'anomena "spin" (de la paraula anglesa "spin" - spindle). Com a conseqüència d'aquest moviment, l'electró, a més de les propietats elèctriques degudes a la càrrega elèctrica, també adquireix propietats magnètiques, semblant-se en aquest sentit a un imant elemental.
Un protó és una partícula real amb una càrrega elèctrica positiva igual en valor absolut a la càrrega elèctrica d'un electró.
La massa del protó és 1,67 ·10-24 r, és a dir, aproximadament 1840 vegades més gran que la "massa en repòs" de l'electró.
A diferència d'un electró i un protó, un neutró no té càrrega elèctrica, és a dir, és una partícula de matèria "elemental" elèctricament neutra. La massa del neutró és pràcticament igual a la massa del protó.
Els electrons, protons i neutrons que formen els àtoms interactuen entre ells. En particular, els electrons i els protons s'atrauen com a partícules amb càrregues elèctriques oposades.Al mateix temps, l'electró de l'electró i el protó del protó es repel·len com a partícules amb les mateixes càrregues elèctriques.
Totes aquestes partícules carregades elèctricament interaccionen a través dels seus camps elèctrics. Aquests camps són un tipus especial de matèria que consisteix en una col·lecció de partícules de materials elementals anomenades fotons. Cada fotó té una quantitat estrictament definida d'energia (quantum d'energia) inherent a ell.
La interacció de partícules de materials materials carregats elèctricament té lloc mitjançant l'intercanvi de fotons entre si. La força d'interacció de partícules carregades elèctricament s'anomena normalment força elèctrica.
Els neutrons i els protons dels nuclis dels àtoms també interactuen entre ells. Tanmateix, aquesta interacció entre ells ja no es produeix a través d'un camp elèctric, ja que el neutró és una partícula de matèria elèctricament neutra, sinó a través de l'anomenat camp nuclear.
Aquest camp també és un tipus especial de matèria que consisteix en una col·lecció de partícules de material elemental anomenades mesons... La interacció de neutrons i protons té lloc mitjançant l'intercanvi de mesons entre ells. La força d'interacció entre neutrons i protons s'anomena força nuclear.
S'ha establert que les forces nuclears actuen en els nuclis dels àtoms a distàncies extremadament petites: uns 10-13 cm.
Les forces nuclears superen molt les forces elèctriques de repulsió mútua dels protons al nucli d'un àtom. Això condueix al fet que són capaços no només de superar les forces de repulsió mútua dels protons dins dels nuclis dels àtoms, sinó també de crear sistemes de nuclis molt forts a partir de la col·lecció de protons i neutrons.
L'estabilitat del nucli de qualsevol àtom depèn de la relació de dues forces en conflicte: nuclear (atracció mútua de protons i neutrons) i elèctrica (repulsió mútua de protons).
Les forces nuclears potents que actuen als nuclis dels àtoms contribueixen a la transformació de neutrons i protons entre si. Aquestes interaccions de neutrons i protons tenen lloc com a resultat de l'alliberament o absorció de partícules elementals més lleugeres, per exemple mesons.
Les partícules considerades per nosaltres s'anomenen elementals perquè no consisteixen en un agregat d'altres partícules de matèria més simples. Però al mateix temps, no hem d'oblidar que són capaços de transformar-se els uns en els altres, de sorgir a costa de l'altre. Així, aquestes partícules són algunes formacions complexes, és a dir, la seva naturalesa elemental és condicional.
Estructura química dels àtoms
L'àtom més simple de la seva estructura és l'àtom d'hidrogen. Consisteix en una col·lecció de només dues partícules elementals: un protó i un electró. El protó del sistema d'àtoms d'hidrogen fa el paper d'un nucli central al voltant del qual gira un electró en una òrbita determinada. A la fig. La figura 1 mostra esquemàticament un model de l'àtom d'hidrogen.
Arròs. 1. Esquema de l'estructura de l'àtom d'hidrogen
Aquest model és només una aproximació aproximada de la realitat. El fet és que l'electró com a "ona de partícules" no té un volum clarament demarcat de l'entorn extern. I això vol dir que s'ha de parlar no d'una òrbita lineal exacta de l'electró, sinó d'una mena de núvol d'electrons. En aquest cas, l'electró ocupa més sovint alguna línia mitjana del núvol, que és una de les seves possibles òrbites a l'àtom.
Cal dir que l'òrbita de l'electró en si no és estrictament invariable i estacionària a l'àtom; també, a causa del canvi en la massa de l'electró, fa un cert moviment de rotació. Per tant, el moviment d'un electró en un àtom és relativament complicat. Com que el nucli de l'àtom d'hidrogen (protó) i l'electró que gira al seu voltant tenen càrregues elèctriques oposades, s'atrauen mútuament.
Al mateix temps, l'energia lliure de l'electró, girant al voltant del nucli de l'àtom, desenvolupa una força centrífuga que tendeix a eliminar-lo del nucli. Per tant, la força elèctrica d'atracció mútua entre el nucli de l'àtom i l'electró i la força centrífuga que actua sobre l'electró són forces oposades.
En equilibri, el seu electró ocupa una posició relativament estable en alguna òrbita de l'àtom. Com que la massa de l'electró és molt petita, per tal d'equilibrar la força d'atracció al nucli de l'àtom, aquest ha de girar a una velocitat enorme igual a unes 6·1015 revolucions per segon. Això vol dir que un electró del sistema d'un àtom d'hidrogen, com qualsevol altre àtom, es mou al llarg de la seva òrbita amb una velocitat lineal que supera els mil quilòmetres per segon.
En condicions normals, un electró gira en un àtom del tipus de l'òrbita més propera al nucli. Al mateix temps, té la mínima quantitat d'energia possible. Si per una raó o una altra, per exemple, sota la influència d'altres partícules materials que han envaït el sistema atòmic, l'electró es mou a una òrbita més llunyana de l'àtom, llavors ja tindrà una quantitat d'energia una mica més gran.
Tanmateix, l'electró roman en aquesta nova òrbita durant un temps insignificant, després del qual gira de nou a l'òrbita més propera al nucli de l'àtom.Durant aquest curs cedeix el seu excés d'energia en forma de quàntica de radiació magnètica: energia radiant (Fig. 2).
Arròs. 2. Quan un electró es mou d'una òrbita llunyana a una més propera al nucli d'un àtom, emet un quàntic d'energia radiant
Com més energia rep l'electró de l'exterior, més es mou a l'òrbita més allunyada del nucli de l'àtom, i més gran és la quantitat d'energia electromagnètica que emet quan gira a l'òrbita més propera al nucli.
Mitjançant la mesura de la quantitat d'energia emesa per l'electró durant la transició de diferents òrbites a la més propera al nucli de l'àtom, es va poder establir que un electró en el sistema d'un àtom d'hidrogen, com en el sistema de qualsevol altre. àtom, no pot anar a una òrbita aleatòria, a una estrictament determinada d'acord amb aquesta energia que rep sota la influència d'una força externa. Les òrbites que un electró pot ocupar en un àtom s'anomenen orbitals permesos.
Com que la càrrega positiva del nucli de l'àtom d'hidrogen (la càrrega del protó) i la càrrega negativa de l'electró són numèricament iguals, la seva càrrega total és zero. Això vol dir que l'àtom d'hidrogen en el seu estat normal és una partícula elèctricament neutra.
Això és cert per als àtoms de tots els elements químics: l'àtom de qualsevol element químic en el seu estat normal és una partícula elèctricament neutra a causa de la igualtat numèrica de les càrregues positives i negatives.
Com que el nucli d'un àtom d'hidrogen només conté una partícula "elemental": un protó, l'anomenat nombre de massa d'aquest nucli és igual a un. El nombre de massa del nucli d'un àtom de qualsevol element químic és el nombre total de protons i neutrons que formen aquest nucli.
L'hidrogen natural està format principalment per una col·lecció d'àtoms amb un nombre de massa igual a un. Tanmateix, també conté un altre tipus d'àtoms d'hidrogen, amb un nombre de massa igual a dos. Els nuclis d'aquests àtoms d'hidrogen pesats, anomenats deuteros, estan formats per dues partícules, un protó i un neutró. Aquest isòtop de l'hidrogen s'anomena deuteri.
L'hidrogen natural conté quantitats molt petites de deuteri. Per cada sis mil àtoms d'hidrogen lleuger (número de massa igual a un), només hi ha un àtom de deuteri (hidrogen pesat). Hi ha un altre isòtop de l'hidrogen, l'hidrogen superpesat anomenat triti. Al nucli d'un àtom d'aquest isòtop d'hidrogen, hi ha tres partícules: un protó i dos neutrons, units per forces nuclears. El nombre de massa del nucli d'un àtom de triti és tres, és a dir, l'àtom de triti és tres vegades més pesat que l'àtom d'hidrogen lleuger.
Tot i que els àtoms dels isòtops d'hidrogen tenen masses diferents, encara tenen les mateixes propietats químiques, per exemple, l'hidrogen lleuger, entrant en una reacció química amb l'oxigen, forma una substància complexa amb ell: l'aigua. Així mateix, l'isòtop de l'hidrogen, el deuteri, es combina amb l'oxigen per formar aigua que, a diferència de l'aigua normal, s'anomena aigua pesada. L'aigua pesada s'utilitza àmpliament en la producció d'energia nuclear (atòmica).
Per tant, les propietats químiques dels àtoms no depenen de la massa dels seus nuclis, sinó només de l'estructura de la capa d'electrons de l'àtom. Com que els àtoms d'hidrogen lleuger, deuteri i triti tenen el mateix nombre d'electrons (un per cada àtom), aquests isòtops tenen les mateixes propietats químiques.
No és casualitat que l'element químic hidrogen ocupi el primer nombre de la taula periòdica dels elements.El fet és que hi ha alguna relació entre el nombre de cada element de la taula periòdica dels elements i la magnitud de la càrrega al nucli d'un àtom d'aquest element. Es pot formular de la següent manera: el número de sèrie de cada element químic de la taula periòdica dels elements és numèricament igual a la càrrega positiva del nucli d'aquest element i, per tant, al nombre d'electrons que giren al seu voltant.
Com que l'hidrogen ocupa el primer nombre de la taula periòdica dels elements, això vol dir que la càrrega positiva del nucli del seu àtom és igual a un i que un electró gira al voltant del nucli.
L'element químic heli és el segon a la taula periòdica dels elements. Això vol dir que té una càrrega elèctrica positiva del nucli igual a dues unitats, és a dir, el seu nucli ha de contenir dos protons i, a la capa d'electrons de l'àtom, dos elèctrodes.
L'heli natural consta de dos isòtops: heli lleuger i heli pesat. El nombre de massa de l'heli pesat és quatre. Això vol dir que a més dels dos protons esmentats anteriorment, dos neutrons més han d'entrar al nucli de l'àtom pesat d'heli. Pel que fa a l'heli lleuger, el seu nombre de massa és tres, és a dir, a més de dos protons, un neutró més hauria d'entrar a la composició del seu nucli.
S'ha trobat que a l'heli natural el nombre d'àtoms d'heli lleuger és aproximadament una milionèsima part dels àtoms del gen pesat. A la fig. La figura 3 mostra un model esquemàtic de l'àtom d'heli.
Arròs. 3. Esquema de l'estructura de l'àtom d'heli
La complicació addicional de l'estructura dels àtoms dels elements químics es deu a un augment del nombre de protons i neutrons en els nuclis d'aquests àtoms i simultàniament a un augment del nombre d'electrons que giren al voltant dels nuclis (Fig. 4). Mitjançant la taula periòdica dels elements, és fàcil determinar el nombre d'electrons, protons i neutrons que formen els diferents àtoms.
Arròs. 4. Esquemes de construcció de nuclis atòmics: 1 — heli, 2 — carboni, 3 — oxigen
El nombre regular d'un element químic és igual al nombre de protons del nucli de l'àtom i al mateix temps el nombre d'electrons que giren al voltant del nucli. Pel que fa al pes atòmic, és aproximadament igual al nombre de massa de l'àtom, és a dir, el nombre de protons i neutrons units al nucli. Per tant, restant del pes atòmic d'un element un nombre igual al nombre atòmic de l'element, és possible determinar quants neutrons hi ha continguts en un nucli determinat.
S'ha establert que els nuclis d'elements químics lleugers, que tenen un nombre igual de protons i neutrons en la seva composició, es distingeixen per una força molt alta, ja que les forces nuclears en ells són relativament grans. Per exemple, el nucli d'un àtom d'heli pesat és extremadament durador perquè està format per dos protons i dos neutrons units per poderoses forces nuclears.
Els nuclis dels àtoms dels elements químics més pesats ja contenen en la seva composició un nombre desigual de protons i neutrons, per això el seu enllaç al nucli és més feble que al nucli dels elements químics lleugers. Els nuclis d'aquests elements es poden dividir amb relativa facilitat quan es bombardegen amb "projectils" atòmics (neutrons, nuclis d'heli, etc.).
Pel que fa als elements químics més pesants, especialment els radioactius, els seus nuclis es caracteritzen per una força tan baixa que es desintegren espontàniament en les seves parts components. Per exemple, els àtoms de l'element radioactiu radi, format per una combinació de 88 protons i 138 neutrons, es desintegren espontàniament, convertint-se en àtoms de l'element radioactiu radó. Els àtoms d'aquest últim, al seu torn, es descomponen en les seves parts constituents, passant als àtoms d'altres elements.
Després d'haver-nos familiaritzat breument amb les parts constituents dels nuclis dels àtoms dels elements químics, considerem l'estructura de les capes d'electrons dels àtoms. Com sabeu, els electrons només poden girar al voltant dels nuclis dels àtoms en òrbites estrictament definides. A més, estan tan agrupats a la capa d'electrons de cada àtom que es poden distingir capes d'electrons individuals.
Cada capa pot contenir un nombre determinat d'electrons, que no superen un nombre estrictament determinat. Així, per exemple, a la primera capa d'electrons més propera al nucli d'un àtom hi pot haver un màxim de dos electrons, a la segona, no més de vuit electrons, etc.
Aquells àtoms en què les capes d'electrons exteriors estan completament plenes tenen la capa d'electrons més estable. Això vol dir que un àtom manté fermament tots els seus electrons i no necessita rebre'n una quantitat addicional de l'exterior. Per exemple, un àtom d'heli té dos electrons que omplen completament la primera capa d'electrons, i un àtom de neó té deu electrons, dels quals els dos primers omplen completament la primera capa d'electrons i la resta, la segona (Fig. 5).
Arròs. 5. Esquema de l'estructura de l'àtom de neó
Per tant, els àtoms d'heli i de neó tenen capes d'electrons força estables, no tendeixen a canviar-los de cap manera quantitativa. Aquests elements són químicament inerts, és a dir, no entren en interacció química amb altres elements.
Tanmateix, la majoria dels elements químics tenen àtoms on les capes d'electrons exteriors no estan completament plenes d'electrons. Per exemple, un àtom de potassi té dinou electrons, divuit dels quals omplen completament les tres primeres capes, i el dinou electró es troba a la següent capa d'electrons sense omplir. L'ompliment feble de la quarta capa d'electrons amb electrons fa que el nucli de l'àtom conté molt feblement el més extern: el dinovè electró, i per tant aquest últim es pot treure fàcilment de l'àtom. …
O, per exemple, l'àtom d'oxigen té vuit electrons, dos dels quals omplen completament la primera capa, i els sis restants es troben a la segona capa. Així, per a la finalització completa de la construcció de la segona capa d'electrons a l'àtom d'oxigen, només li falten dos electrons. Per tant, l'àtom d'oxigen no només manté fermament els seus sis electrons a la segona capa, sinó que també té la capacitat d'atreure dos electrons que falten per omplir la seva segona capa d'electrons. Això ho aconsegueix mitjançant la combinació química amb els àtoms d'aquests elements en què els electrons exteriors estan dèbilment associats amb els seus nuclis.
Els elements químics els àtoms dels quals no tenen capes d'electrons exteriors completament plenes d'electrons són, per regla general, químicament actius, és a dir, entren de bon grat en una interacció química.
Per tant, els electrons dels àtoms dels elements químics estan disposats en un ordre estrictament definit, i qualsevol canvi en la seva disposició espacial o quantitat a la capa d'electrons de l'àtom comporta un canvi en les propietats fisicoquímiques d'aquest últim.
La igualtat del nombre d'electrons i protons en el sistema atòmic és el motiu pel qual la seva càrrega elèctrica total és zero. Si es viola la igualtat del nombre d'electrons i protons del sistema atòmic, aleshores l'àtom es converteix en un sistema carregat elèctricament.
S'anomena ió un àtom en el sistema del qual l'equilibri de les càrregues elèctriques oposades està alterat pel fet que ha perdut part dels seus electrons o, per contra, n'ha adquirit un excés.
Per contra, si un àtom adquireix un excés d'electrons, es converteix en un ió negatiu. Per exemple, un àtom de clor que ha rebut un electró addicional es converteix en un ió de clor negatiu Cl-... Un àtom d'oxigen que ha rebut dos electrons addicionals es converteix en un ió d'oxigen negatiu doblement carregat, i així successivament.
Un àtom que s'ha convertit en ió es converteix en un sistema carregat elèctricament respecte al medi extern. I això vol dir que l'àtom va començar a posseir un camp elèctric, juntament amb el qual forma un únic sistema material, i mitjançant aquest camp duu a terme una interacció elèctrica amb altres partícules de matèria carregades elèctricament: ions, electrons, nuclis d'àtoms carregats positivament, etc.
La capacitat dels diferents ions d'atreure's entre ells és la raó per la qual es combinen químicament, formant partícules de matèria més complexes: molècules.
En conclusió, cal assenyalar que les dimensions de l'àtom són molt grans en comparació amb les dimensions de les partícules reals de les quals estan compostos. El nucli de l'àtom més complex, juntament amb tots els electrons, ocupa una mil·milionèsima part del volum de l'àtom. Un càlcul senzill mostra que si es pot pressionar tan fortament un metre cúbic de platí que desapareixen els espais intraatòmics i interatòmics, s'obtindrà un volum igual a aproximadament un mil·límetre cúbic.