Как определить заряд вещества

Здесь легко и интересно общаться. Присоединяйся!

думаю, заряд вещества можно косвенно определить химическим путем через диссоциацию исследуемого вещества в нейтральном растворителе — воде. Зная плотность воды, определяем массовую долю растворенного вещества, его молярную массу. Затем титруем растворённое вещество (NaOH) активным реагентом с индикатором pH. Можно использовать реагенты, выпадающие в осадок при соединении. В общем, определяем кол-во реактива, пошедшего на титрацию. составляем уравнение обмена. Заряд вещества определяем по количеству затраченных анионов или катионов — носителей заряда.

Заряд иона определяется следующим образом:
Атом любого вещества состоит из электронной оболочки и ядра. Ядро состоит из двух типов частиц — нейтронов и протонов. Нейтроны не имеют электрического заряда, то есть электрический заряд нейтронов равен нулю. Протоны являются положительно заряженными частицами и имеют электрический заряд, равный +1. Количество протонов характеризует атомный номер данного атома.

2
Электронная оболочка атома состоит из электронных орбиталей, на которых расположено разное количество электронов. Электрон — отрицательно заряженная элементарная частица. Ее электрический заряд равен -1.
При помощи связей атомы могут также соединяться в молекулы.

3
В нейтральном атоме количество протонов равно количеству электронов. Поэтому его заряд равен нулю.
Чтобы определить заряд иона, необходимо знать его структуру, а именно количество протонов в ядре и количество электронов на электронных орбиталях.

4
Суммарный заряд иона получается в результате алгебраического суммирования зарядов входящих в него протонов и электронов. Число электронов в ионе может превышать число протонов, и тогда ион будет отрицательным. Если число электронов меньше числа протонов, то ион будет положительным.

5
Зная химический элемент, по таблице Менделеева мы можем определить его атомный номер, который равен количеству протонов в ядре атома этого элемента (например 11 у натрия) . Если один из электронов покинул атом натрия, то у атома натрия будет уже не 11, а 10 электронов. Атом натрия станет положительно заряженным ионом с зарядом зарядовое число равно = 11+(-10) = +1.
Обозначаться такой ион будет символом натрий с плюсом сверху, в случае заряда +2 — двумя плюсами и. т. д. Соответственно для отрицательного иона используется знак «минус» .

Классическая электродинамика

Электричество · Магнетизм

См. также: Портал:Физика

Электри́ческий заря́д (коли́чество электри́чества) — это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Впервые электрический заряд был введён в законе Кулона в 1785 году. Электрический заряд не существует без носителя заряда.

Единица измерения электрического заряда в Международной системе единиц (СИ) — кулон — совокупный электрический заряд носителей элементарных электрических зарядов, проходящих через поперечное сечение проводника с током 1 А за время 1 с . Электрический заряд в один кулон очень велик. Если бы два тела, каждое из которых обладает электрическим зарядом ( q ₁ = q ₂ = 1 Кл ) расположили в вакууме на расстоянии 1 м , то они взаимодействовали бы с силой 9⋅10 9 H , то есть с силой равной по величине силе, с которой гравитация Земли притягивает предмет массой порядка 1 миллиона тонн.

Содержание

История [ править | править код ]

Ещё в глубокой древности было известно, что янтарь (др.-греч. ἤλεκτρον — электрон), потёртый о шерсть, притягивает лёгкие предметы. А уже в конце XVI века английский врач Уильям Гильберт назвал тела, способные после натирания притягивать лёгкие предметы, наэлектризованными.

В 1729 году Шарль Дюфе установил, что существует два рода зарядов. Один образуется при трении стекла о шёлк, а другой — смолы о шерсть. Поэтому Дюфе назвал заряды «стеклянным» и «смоляным» соответственно. Понятие о положительном и отрицательном заряде ввёл Бенджамин Франклин.

В начале XX века американский физик Роберт Милликен опытным путём показал, что электрический заряд дискретен, то есть заряд любого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда.

Электростатика [ править | править код ]

Электростатикой называют раздел учения об электричестве, в котором изучаются взаимодействия и свойства систем электрических зарядов, неподвижных относительно выбранной инерциальной системы отсчета.

Величина электрического заряда (иначе, просто электрический заряд) может принимать и положительные, и отрицательные значения; она является численной характеристикой носителей заряда и заряженных тел. Эта величина определяется таким образом, что силовое взаимодействие, переносимое полем между зарядами, прямо пропорционально величине зарядов, взаимодействующих между собой частиц или тел, а направления сил, действующих на них со стороны электромагнитного поля, зависят от знака зарядов.

Электрический заряд любой системы тел состоит из целого числа элементарных зарядов, равных примерно 1,6⋅10 −19 Кл [1] в системе СИ или 4,8⋅10 −10 ед. СГСЭ [2] . Носителями электрического заряда являются электрически заряженные элементарные частицы. Наименьшей по массе устойчивой в свободном состоянии частицей, имеющей один отрицательный элементарный электрический заряд, является электрон (его масса равна 9,11⋅10 −31 кг ). Наименьшая по массе устойчивая в свободном состоянии античастица с положительным элементарным зарядом — позитрон, имеющая такую же массу, как и электрон [3] . Также существует устойчивая частица с одним положительным элементарным зарядом — протон (масса равна 1,67⋅10 −27 кг ) и другие, менее распространённые частицы. Выдвинута гипотеза (1964 г.), что существуют также частицы с меньшим зарядом (±⅓ и ±⅔ элементарного заряда) — кварки; однако они не выделены в свободном состоянии (и, по-видимому, могут существовать лишь в составе других частиц — адронов), в результате любая свободная частица несёт лишь целое число элементарных зарядов.

Электрический заряд любой элементарной частицы — величина релятивистски инвариантная. Он не зависит от системы отсчёта, а значит, не зависит от того, движется этот заряд или покоится, он присущ этой частице в течение всего времени её жизни, поэтому элементарные заряженные частицы зачастую отождествляют с их электрическими зарядами. В целом, в природе отрицательных зарядов столько же, сколько положительных. Электрические заряды атомов и молекул равны нулю, а заряды положительных и отрицательных ионов в каждой ячейке кристаллических решеток твёрдых тел скомпенсированы.

Взаимодействие зарядов [ править | править код ]

Самое простое и повседневное явление, в котором обнаруживается факт существования в природе носителей электрических зарядов, — электризация тел при соприкосновении [4] . Способность носителей электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется существованием двух различных видов электрических зарядов [5] . Один вид электрического заряда называют положительным, а другой — отрицательным. Разноимённо заряженные тела притягиваются, а одноимённо заряженные — отталкиваются друг от друга.

При соприкосновении двух электрически нейтральных тел в результате трения заряды переходят от одного тела к другому. В каждом из них нарушается равенство суммы положительных и отрицательных зарядов, и тела заряжаются разноимённо.

При электризации тела через влияние в нём нарушается равномерное распределение носителей зарядов. Они перераспределяются так, что в одной части тела возникает избыток носителей положительных зарядов, а в другой — отрицательных. Если две эти части разъединить, то они будут заряжены разноимённо.

Закон сохранения электрического заряда [ править | править код ]

Совокупный электрический заряд замкнутой системы [6] сохраняется во времени и квантуется — изменяется порциями, кратными элементарному электрическому заряду, то есть, другими словами, алгебраическая сумма электрических зарядов тел или частиц, образующих электрически изолированную систему, не изменяется при любых процессах, происходящих в этой системе.

В рассматриваемой системе могут образовываться новые электрически заряженные частицы, например, электроны — вследствие явления ионизации атомов или молекул, ионы — за счёт явления электролитической диссоциации и др. Однако, если система электрически изолирована, то алгебраическая сумма зарядов всех частиц, в том числе и вновь появившихся в такой системе, всегда сохраняется.

Закон сохранения электрического заряда — один из основополагающих законов физики. Он был впервые экспериментально подтверждён в 1843 году английским учёным Майклом Фарадеем и считается на настоящее время одним из фундаментальных законов сохранения в физике (подобно законам сохранения импульса и энергии). Всё более чувствительные экспериментальные проверки закона сохранения заряда, продолжающиеся и поныне, пока не выявили отклонений от этого закона.

Свободные носители заряда [ править | править код ]

В зависимости от концентрации свободных носителей электрических зарядов тела делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники.

• Проводники — тела, в которых носители электрического заряда могут перемещаться по всему его объёму. Проводники делятся на две группы: 1) проводники первого рода (металлы), в которых перемещение носителей элементарных электрических зарядов (свободных электронов) не сопровождается химическими превращениями; 2) проводники второго рода (например, расплавленные соли, растворыкислот), в которых перенос носителей зарядов (положительных и отрицательных ионов) ведёт к химическим изменениям.
• Диэлектрики (например стекло, пластмасса) — тела, в которых практически отсутствуют свободные носители электрического заряда.
• Полупроводники (например, германий, кремний) занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

Измерение [ править | править код ]

Для обнаружения и измерения совокупного электрического заряда тела применяется электроскоп, который состоит из металлического стержня — электрода и подвешенных к нему двух листочков фольги. При прикосновении к электроду заряженным телом носители электрического заряда стекают через электрод на листочки фольги, листочки оказываются одноимённо заряженными и поэтому отклоняются друг от друга.

Также может применяться электрометр, в простейшем случае состоящий из металлического стержня и стрелки, которая способна вращаться вокруг горизонтальной оси. При соприкосновении электрически заряженного тела со стержнем электрометра носители электрического заряда распределяются по стержню и стрелке, и силы отталкивания, действующие между носителями одноимённых электрических зарядов на стержне и стрелке, вызывают её поворот. Для измерения малых электрических зарядов используются более чувствительные электронные электрометры.

Степень окисления – это условный заряд атомов химического элемента в соединении, вычисленный из предположения, что все связи имеют ионный тип.

Степени окисления могут иметь положительное, отрицательное или нулевое значение, поэтому алгебраическая сумма степеней окисления элементов в молекуле с учётом числа их атомов равна 0, а в ионе – заряду иона.

1. Степени окисления металлов в соединениях всегда положительные.

2. Высшая степень окисления соответствует номеру группы периодической системы, где находится данный элемент (исключение составляют: Au +3 (I группа), Cu +2 (II), из VIII группы степень окисления +8 может быть только у осмия Os и рутения Ru.

3. Степени окисления неметаллов зависят от того, с каким атомом он соединён:

• если с атомом металла, то степень окисления отрицательная;
• если с атомом неметалла то степень окисления может быть и положительная, и отрицательная. Это зависит от электроотрицательности атомов элементов.

4. Высшую отрицательную степень окисления неметаллов можно определить вычитанием из 8 номера группы, в которой находится данный элемент, т.е. высшая положительная степень окисления равна числу электронов на внешнем слое, которое соответствует номеру группы.

5. Степени окисления простых веществ равны 0, независимо от того металл это или неметалл.

Элементы с неизменными степенями окисления.

Элемент

Характерная степень окисления