Номер 71.4, страница 245 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 71. Строение атома. Основы квантовой теории. Глава 10. Квантовые явления - номер 71.4, страница 245.

71.4 [1646] Почему при удалении из атома части электронов образовавшийся ион приобретает положительный заряд?

Решение

Атом в своем нормальном состоянии является электрически нейтральной частицей. Это означает, что его суммарный электрический заряд равен нулю. Такая нейтральность обусловлена тем, что в атоме содержится одинаковое количество положительно заряженных протонов и отрицательно заряженных электронов.

Протоны находятся в ядре атома, и их количество $Z$ (зарядовое число) определяет химический элемент. Электроны движутся вокруг ядра. Заряд одного протона равен по величине и противоположен по знаку заряду одного электрона. Обозначим элементарный заряд как $e \approx 1,6 \cdot 10^{-19}$ Кл. Тогда заряд протона равен $+e$, а заряд электрона $-e$. В нейтральном атоме количество электронов равно количеству протонов $Z$, поэтому их суммарный заряд составляет $-Ze$. Полный заряд атома в этом случае равен сумме зарядов ядра и всех электронов: $q_{атом} = (+Ze) + (-Ze) = 0$.

Процесс отрыва одного или нескольких электронов от атома называется ионизацией. Когда атом теряет электроны, количество протонов в его ядре остается неизменным, так как ядро в химических и не слишком экстремальных физических процессах не затрагивается. Однако общее количество электронов в электронной оболочке атома уменьшается.

Если из нейтрального атома удалить $n$ электронов, то в образовавшейся частице — ионе — останется $(Z-n)$ электронов. Суммарный заряд этих оставшихся электронов будет равен $-(Z-n)e$. Заряд ядра при этом не изменится и по-прежнему составит $+Ze$. В результате суммарный заряд иона станет положительным и будет равен: $q_{ион} = (+Ze) + (-(Z-n)e) = Ze - Ze + ne = +ne$.

Таким образом, при удалении электронов нарушается исходный баланс зарядов. Положительный заряд ядра перестает полностью компенсироваться суммарным отрицательным зарядом электронов, так как электронов становится меньше, чем протонов. Это и приводит к тому, что образовавшийся ион приобретает избыточный положительный заряд.

Ответ: При удалении из атома электронов, которые являются носителями отрицательного заряда, нарушается его электрическая нейтральность. Количество положительно заряженных протонов в ядре становится больше, чем количество оставшихся отрицательно заряженных электронов. В результате этого дисбаланса суммарный заряд иона становится положительным.