1.1. Строение вещества

Все вещества состоят из молекул, а молекулы из атомов.

Простые вещества – медь, алюминий, цинк, цинк, свинец и др. – состоят из одинаковых атомов данного вещества. Молекулы сложных веществ могут состоять из нескольких атомов различных химических элементов. Например, поваренная соль (хлористый натрий) состоит из атомов хлора и атомов натрия.

Атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны образуют ядро. Электроны расположены на оболочках на различных расстояниях от ядра. Электроны вращаются вокруг ядра по замкнутым орбитам. Каждая орбита называется оболочкой. Оболочки обозначаются буквами K, L, M, N и т.д. Максимальное количество электронов, которое может разместиться на каждой оболочке, показано в табл. 1.1.

В качестве примера рассмотрим строение атома алюминия, имеющего №13 в таблице Менделеева и атомную массу 27 (рис. 1.1).

Рис 1.1

Ядро атома алюминия содержит 13 протонов и 14 нейтронов (13 + 14 = 27). Тринадцать электронов размещены на 3-х электронных оболочках.

Внешняя оболочка называется валентной и количество электронов, которое она содержит, называется валентностью. Потенциальная возможность атома присоединять или терять электроны увеличивается, если валентная оболочка не заполнена и расположена достаточно далеко от ядра. Электроны валентной оболочки могут получать энергию. Если эти электроны получат достаточно энергии от внешних сил, то они могут покинуть атом и стать свободными электронами, произвольно перемещаясь от атома к атому.

Материалы, которые содержат большое количество свободных носителей заряда, называются проводниками. Проводниками являются все металлы, растворы электролитов, расплавы многих веществ и ионизированные газы.

Диэлектрики (изоляторы) в противоположность проводникам препятствуют протеканию электричества. В диэлектриках свободные электроны отсутствуют благодаря тому, что валентные электроны одних атомов присоединяются к другим атомам, заполняя их валентные оболочки и препятствуя образованию свободных электронов. Диэлектриками являются различные пластмассы, слюда, фарфор, стекло, мрамор, резина и другие материалы.

Промежуточное положение между проводниками и диэлектриками занимают полупроводники. Они не являются ни хорошими проводниками, ни хорошими изоляторами, но они играют важную роль в электронике.

Атом, имеющий одинаковое число электронов и протонов, является электрически нейтральным. Атом, присоединивший к себе один и более электронов, называется отрицательным ионом. Если атом теряет один или более электронов, то он становится положительно заряженным и называется положительным ионом.