Номер 5, страница 298 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Электростатика. Глава 7. Электрические взаимодействия. Параграф 36. Природа электричества - номер 5, страница 298.

Условие.

5. Расскажите, какова роль электрических взаимодействий в строении атома и образовании молекул.

Решение.

Роль электрических взаимодействий в строении атома

Атом представляет собой систему, состоящую из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него отрицательно заряженных электронов. Ядро содержит положительные протоны и нейтральные нейтроны. Именно электрическое взаимодействие является фундаментальной силой, определяющей структуру атома.

Сила электростатического притяжения (кулоновская сила) между положительным ядром и отрицательными электронами удерживает электроны на определенных энергетических уровнях (орбиталях) вокруг ядра, не давая им покинуть атом. Без этого притяжения атом как стабильная система не мог бы существовать. Эта сила описывается законом Кулона:

$F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}$

где $q_1$ – заряд ядра, $q_2$ – заряд электрона, а $\text{r}$ – расстояние между ними. Стабильность атома обеспечивается балансом между силой притяжения электронов к ядру и их кинетической энергией (согласно законам квантовой механики, электрон не может упасть на ядро).

В то же время, внутри самого ядра существует сильное электрическое отталкивание между одноименно заряженными протонами. Это отталкивание преодолевается более мощным, но короткодействующим сильным ядерным взаимодействием, которое и обеспечивает целостность ядра.

Ответ: Основная роль электрических взаимодействий в строении атома заключается в удержании отрицательно заряженных электронов вокруг положительно заряженного ядра посредством сил кулоновского притяжения, что обеспечивает целостность и стабильность атома.

Роль электрических взаимодействий в образовании молекул

Образование молекул из отдельных атомов полностью определяется электрическими взаимодействиями. Связи, объединяющие атомы в молекулы, называются химическими связями, и в их основе лежат электростатические силы между ядрами и электронами взаимодействующих атомов.

Основные типы химических связей, имеющие электрическую природу:

1. Ковалентная связь. Образуется, когда два атома обобществляют одну или несколько пар электронов. Эти общие электроны притягиваются одновременно к положительно заряженным ядрам обоих атомов, что и связывает атомы в молекулу. Система становится энергетически более выгодной, чем состояние отдельных атомов.

2. Ионная связь. Возникает при переходе одного или нескольких электронов от одного атома к другому. В результате атом, отдавший электрон, становится положительно заряженным ионом (катионом), а атом, принявший электрон, — отрицательно заряженным ионом (анионом). Электростатическое притяжение между этими разноименно заряженными ионами и формирует ионную связь.

3. Металлическая связь. Характерна для металлов. Внешние электроны атомов отрываются от них и свободно перемещаются по всему объему металла, образуя так называемый «электронный газ». Атомы же превращаются в положительные ионы, расположенные в узлах кристаллической решетки. Сила притяжения между решеткой положительных ионов и отрицательным «электронным газом» удерживает атомы вместе.

Кроме того, более слабые электрические взаимодействия, такие как силы Ван-дер-Ваальса и водородные связи, действуют между молекулами, определяя их взаимное расположение и агрегатное состояние вещества (газ, жидкость, твердое тело).

Ответ: Электрические взаимодействия лежат в основе всех типов химических связей (ковалентных, ионных, металлических), которые объединяют атомы в молекулы, а также определяют межмолекулярные силы, отвечающие за физические свойства веществ.