Artikel over de elektrische lading in atomen
Kijk eens naar een van de objecten om je heen. Als je een object vernietigt, bijvoorbeeld een steen, zal de steen in kleinere stukjes uiteenvallen. Als je dat deel van de steen opnieuw vernietigt, zullen de steenstukjes weer in kleinere stukjes uiteenvallen. Wat gebeurt er als de steen nogmaals wordt vernietigd? Natuurlijk is de steen dan kleiner. Kunnen stenen in oneindig veel kleinere stukjes uiteenvallen? De realiteit laat zien dat een object, wanneer het in kleinere stukjes wordt verdeeld, op een punt komt waarop het kleinste deel van het object niet meer verder kan worden verdeeld. Het kleinste deel van een object dat niet verder kan worden verdeeld, noemen we een atoom. Atomen zijn dus de kleinste deeltjes van alle materie in het universum.
Atomen zijn opgebouwd uit elektronen, protonen en neutronen. Protonen en neutronen vormen atoomkernen met een lengte van ongeveer 10 tot 15 meter. De elektronen bevinden zich buiten de kern en bewegen eromheen, net zoals planeten rond de zon draaien. Als we ervan uitgaan dat de diameter van een atoom enkele kilometers bedraagt, dan is de atoomkern ongeveer zo groot als een biljartbal.
De elektronen bevinden zich tussen de kern en een elektron, op een afstand van ongeveer 10⁻¹⁰ meter van de kern. Tussen de kern en een elektron is ruimte.
Negatief geladen elektronen bevinden zich aan de rand van atomen en positief geladen protonen bevinden zich in de atoomkern. Om elektronen in de kern te houden en te voorkomen dat ze ontsnappen, moet de positief geladen atoomkern een aantrekkingskracht op de elektronen uitoefenen. Deze kracht, die elektronen aantrekt en ervoor zorgt dat ze niet van het atoom kunnen ontsnappen, wordt de elektrische kracht genoemd.
Aan de andere kant bevinden zich in de atoomkern positief geladen protonen, die elkaar afstoten vanwege hun gelijke lading. Om ervoor te zorgen dat de protonen in de kern bij elkaar blijven en niet loskomen van het atoom, moet er een kracht zijn die de protonen bindt. Deze kracht, die ervoor zorgt dat de protonen in de atoomkern bij elkaar blijven, wordt de kernkracht genoemd.
De massa van een proton is vrijwel gelijk aan de massa van een neutron. Ongeveer 99.9% van de atoommassa bevindt zich in de atoomkern, terwijl elektronen een zeer kleine massa hebben. Massa van een elektron (me) = 9.1093897 x 10⁻³¹ kg , massa van een neutron (mn) = 1.6749286 x 10⁻²⁷ kg , massa van een proton (mp) = 1.6726231 x 10⁻²⁷ kg.
De hoeveelheid elektriciteit
Elektronen zijn negatief geladen, protonen positief en neutronen neutraal. Protonen en neutronen zijn opgebouwd uit quarks, die respectievelijk ± 1/3 en ± 2/3 keer de lading van elektronen hebben. Quarks zijn de kleinste deeltjes waaruit atomen zijn opgebouwd, maar tot nu toe is nog niet aangetoond dat quarks als afzonderlijke deeltjes kunnen bestaan.
De hoeveelheid elektronlading of protonlading is de basiseenheid van lading. De elektrische lading van een object is een veelvoud van de elektronlading of protonlading. Dit wordt gekwantiseerde lading genoemd. Als bijvoorbeeld de kleinste breuk van de valuta die we gebruiken 1 is, dan is het bedrag dat iemand bezit, uitgedrukt in veelvouden van de kleinste valuta, ook 1. Bijvoorbeeld: mijn geld bestaat uit 2 en 3.
De lading van een elektron is –e en de lading van een proton is +e. De hoeveelheid lading van een object is een veelvoud van e, oftewel 1.60 x 10⁻¹⁹ Coulomb , en kan worden uitgedrukt als Q = ± Ne. Q = aantal ladingen, ± staat voor het type lading, N = geheel getal, e = 1.60 x 10⁻¹⁹ Coulomb.
Elektrische lading in objecten
Als een atoom evenveel elektronen als protonen heeft, is de totale elektrische lading van het atoom nul en is het atoom neutraal, oftewel niet elektrisch geladen. Het aantal protonen of elektronen in een neutraal atoom wordt het atoomnummer (Z) genoemd. Als er meer elektronen dan protonen zijn, is het atoom negatief geladen. Omgekeerd, als er minder elektronen dan protonen zijn, is het atoom positief geladen. Negatief geladen atomen worden negatieve ionen genoemd, terwijl positief geladen atomen positieve ionen worden genoemd. Het proces waarbij een atoom elektronen opneemt of afstaat, heet ionisatie. Wanneer we zeggen dat een atoom geladen is, bedoelen we de nettolading. Een atoom heeft bijvoorbeeld 10 elektronen en 7 protonen. Dit atoom is negatief geladen omdat het een overschot van 3 elektronen heeft. De nettolading van dit atoom is dus 3, en dit type atoomlading is negatief. Figuren 3, 7 en 10 zijn slechts voorbeelden ter verduidelijking. In werkelijkheid is de hoeveelheid elektrische lading van een object een veelvoud van de lading van een elektron of een proton.
Als een voorwerp evenveel elektronen als protonen heeft, is het neutraal of niet elektrisch geladen. Als een voorwerp meer elektronen dan protonen heeft, is het negatief geladen, terwijl een voorwerp met minder elektronen dan protonen positief geladen is. Voorwerpen die aanvankelijk neutraal waren, kunnen negatief geladen worden door er elektronen aan toe te voegen. Omgekeerd kunnen voorwerpen positief geladen worden door er elektronen uit te verwijderen.
