Was ist eine positive Ladung?
Alles auf der Welt, ob natürlich oder synthetisch, besteht aus winzigen Strukturen, die Atome genannt werden und aus Protonen, Neutronen und Elektronen bestehen. Protonen haben eine positive Ladung, Neutronen haben keine Ladung und Elektronen haben eine negative Ladung. Das Gleichgewicht dieser Teilchen bestimmt die Gesamtladung eines Atoms. Ein Objekt mit einer positiven Ladung enthält, wie eine Person, die mit Socken bedeckte Füße kräftig auf einem Teppich gerieben hat, mehr positive Partikel (Protonen) als negative (Elektronen). Da positive Atome von negativen angezogen und von anderen Positiven abgestoßen werden, beeinflussen die Ladungen der Atome, aus denen ein Stück Materie besteht, seine Eigenschaften und sein Verhalten stark.
Atomgebühren
Atome, die die Grundeinheit der Materie sind, haben einen Kern aus Protonen und Neutronen, um den ein oder mehrere Elektronen gebunden sind. Die Anzahl der Protonen bestimmt, welches Element das Atom ist und wird als Ordnungszahl angegeben. Zum Beispiel hat Magnesium 12 Protonen, was ihm die Ordnungszahl 12 gibt, während Sauerstoff acht hat. Wenn sich Atome verbinden, werden sie zu Molekülen.
Elektronen und Protonen haben nicht die gleiche Größe und das gleiche Gewicht - Elektronen sind kleiner und leichter als Protonen - aber sie haben die gleiche Ladungsmenge. Das heißt, eine übereinstimmende Anzahl von Protonen und Elektronen heben sich in Bezug auf die Gesamtladung auf. Da Neutronen neutral sind, beeinflusst ihre Anzahl die Ladung eines Atoms nicht.
Obwohl die Gesamtzahl der subatomaren Teilchen eines Atoms variiert, sind die Atome in der Regel elektrisch ausgeglichen und weisen eine gleiche Anzahl von Protonen und Elektronen auf. Das bedeutet natürlich, dass Atome eine neutrale Ladung haben, aber dies kann sich ändern, indem sie durch chemische und physikalische Prozesse Elektronen gewinnen oder verlieren. Wenn ein Elektron verloren geht, verschiebt sich das Gleichgewicht mit einem zusätzlichen Proton, wodurch das Atom eine positive Ladung erhält. Das Gegenteil gilt für negativ geladene Atome, die ein Elektron gewonnen haben. Wenn das Teilchengleichgewicht gestört ist und ein positives oder negatives Atom (oder Molekül) entsteht, werden sie nicht länger Atome genannt. Stattdessen handelt es sich um Ionen , wobei positive als Kationen und negative als Anionen bezeichnet werden .
Ladung und Verhalten
Die Ladung eines Objekts beeinflusst, wie es auf seine Umgebung reagiert. Kationen werden zum Beispiel von Anionen angezogen, aber von anderen Kationen abgestoßen. Ebenso stoßen sich negativ geladene Atome gegenseitig ab. Dieses Verhalten wird als Coulombsches Gesetz bezeichnet.
Positive Atome ziehen neutrale Atome nicht an oder stoßen sie ab, aber durch ein Phänomen, das als elektrostatische Induktion bezeichnet wird, kann eine Anziehung erzeugt werden. Dies geschieht, weil die Elektronen in einigen Molekülen dazu neigen, beweglicher zu werden, wenn eine positive Ladung in der Nähe ist. Elektronen im neutralen Molekül können sich dann zur Quelle der positiven Ladung bewegen. Die Bewegung erzeugt eine negative Ladung am nächsten Punkt zur Quelle, obwohl das Molekül insgesamt unverändert ist. Dieses Phänomen tritt am häufigsten bei Metallen auf, durch die eine elektrische Ladung fließt.
Alltägliche Anwendungen
Viele alltägliche Dinge und Prozesse nutzen positive Ladungen. Wenn beispielsweise Wäsche in einem Wäschetrockner im Trockner fällt, werden durch die Bewegung Elektronen von den Atomen auf der Oberfläche einiger Gegenstände auf andere übertragen, wodurch Kleidungsstücke unterschiedlich aufgeladen werden. Dies führt zu statischer Haftung, da die nun positiv und negativ geladenen Partikel sich gegenseitig anziehen und die Kleidung zusammenkleben lassen. Trocknerblätter enthalten in der Regel Chemikalien mit einer positiven Ladung, die sich auf den Gegenständen niederschlägt und dazu beiträgt, die negativen wieder neutral zu machen.
Ein weiteres Beispiel ist der Laserdrucker, der Text und Bilder auf Papier druckt, indem er eine Reihe positiver und negativer Ladungen erzeugt. Wenn ein Druckauftrag beginnt, "schreibt" der Laser, indem er negativ geladene statische Elektrizität auf einen Zylinder mit positiver Ladung überträgt. Toner, der ebenfalls positiv ist, wird dann auf den Zylinder aufgebracht und von den negativen Bereichen angezogen. Der Zylinder wird dann über ein Blatt negativ geladenen Papiers gerollt, und der Toner wird daran gebunden.
Biologische Moleküle
Die Summe aller Atome und Ionen, die Teil eines biologischen Moleküls sind, wird als Nettoladung bezeichnet. Die meisten Moleküle sind insgesamt neutral, aber große haben tendenziell einen oder mehrere diskrete Bereiche, die eine negative oder positive Ladung aufweisen. Diese Bereiche beeinflussen stark die Art und Weise, wie sich das Molekül faltet und wie es mit anderen Molekülen interagiert. Zum Beispiel sind DNA und RNA beide Nukleinsäuren, aber sie verhalten sich teilweise sehr unterschiedlich, weil ihre Ladungen auf ihren Oberflächen unterschiedlich verteilt sind.
Wissenschaftliche Forschung benötigt häufig Informationen über die Ladungen von Atomen und Molekülen, da dies das Verhalten biologisch aktiver Moleküle beeinflusst. Ein besonderer Bereich, in dem die Manipulation molekularer Ladungen sehr nützlich ist, ist das rationale Wirkstoffdesign. Forscher auf diesem Gebiet arbeiten an der Entwicklung wirksamerer Medikamente, indem sie in einigen Fällen die Ladung eines potenziellen Arzneimittels so manipulieren, dass es effizienter mit seinem Ziel interagiert.