На этот вопрос можно дать однозначный ответ: нет, сам по себе атом в нормальном состоянии не имеет отрицательного заряда. В своем базовом, невозмущенном состоянии атом является электрически нейтральной частицей. Однако, при определенных условиях атом действительно может приобрести отрицательный заряд, превратившись в особую частицу — ион. Давайте разберемся в этом подробнее.
Из чего состоит атом и почему он нейтрален?
Чтобы понять природу заряда атома, нужно заглянуть в его устройство. Согласно общепринятой планетарной модели, атом состоит из двух главных частей:
- Ядро, центральная часть атома, которая в свою очередь состоит из протонов и нейтронов (их также называют субатомными частицами).
- Электронное облако — электроны, которые вращаются (движутся) вокруг ядра на определенном расстоянии.
Ключевую роль в формировании электрического заряда играют протоны и электроны:
- Протоны — частицы, находящиеся в ядре и несущие положительный заряд (+).
- Нейтроны — частицы в ядре, которые, как следует из их названия, имеют нейтральный заряд (не имеют заряда вообще).
- Электроны — частицы, летающие вокруг ядра, которые несут отрицательный заряд (-).
В нейтральном атоме количество положительно заряженных протонов в ядре в точности совпадает с количеством отрицательно заряженных электронов на орбитах. Заряды протонов и электронов компенсируют (аннулируют) друг друга 1:1. В результате суммарный заряд такого атома равен нулю. Именно поэтому обычный атом не имеет ни положительного, ни отрицательного заряда.
Когда атом приобретает отрицательный заряд?
Хотя сам атом нейтрален, он может изменить свой заряд. Это происходит потому, что электроны находятся далеко от ядра и слабо с ним связаны, что облегчает им переход на орбиту другого атома или, наоборот, захват лишних электронов от других атомов. Атом, который приобрел или потерял электроны, называется ионом.
Атом приобретает отрицательный заряд только в том случае, если к нему присоединяется один или несколько лишних электронов. В этой ситуации количество электронов становится больше количества протонов в ядре. Отрицательный заряд обусловлен избытком электронов по сравнению с количеством протонов. Такой атом называеться отрицательным ионом, или анионом.
Почему атомы вообще стремятся присоединить к себе электроны? Все дело в желании достичь структурно стабильного состояния, которое ученые называют октетной структурой (когда на внешнем энергетическом уровне находится 8 электронов). Атомы некоторых элементов очень близки к выполнению этой структуры, поэтому они с большей вероятностью становятся анионами, оттягивая электроны от других атомов.
А что такое положительный заряд?
Если же происходит обратный процесс, атом теряет один или несколько своих электронов, — баланс смещается в сторону протонов. Их становится больше, чем оставшихся электронов. В этом случае атом становится положительно заряженным. Такие ионы называются катионами.
Историческая случайность: почему заряд назвали отрицательным?
Интересный факт: то, что заряд электрона назвали именно «отрицательным», а протона — «положительным», является не более чем исторической случайностью. Знаки электрических зарядов обязательно должны быть противоположными для обеспечения притяжения (согласно закону Кулона, разноименные заряды притягиваются), но то, какой именно частице достался знак «минус», а какой «плюс», определил американский физик Бенджамин Франклин, наблюдая за взаимодействием заряженных тел. Наименьший электрический заряд, равный величине заряда электрона, позже назвали элементарным электрическим зарядом.
Краткий итог
Итак, имеет ли атом отрицательный заряд? Сам по себе — нет, он нейтрален. Но если к нему присоединился лишний электрон, он приобретает отрицательный заряд и становится анионом. Запомнить это очень просто:
- Протонов = Электронов ➔ Атом нейтрален (заряда нет)
- Электронов > Протонов ➔ Отрицательный заряд (анион)
- Протонов > Электронов ➔ Положительный заряд (катион)
Таким образом, отрицательный заряд, это не базовое свойство целого атома, а результат изменения баланса его субатомных частиц.