Что такое положительный заряд?

Все в мире, будь то природное или синтетическое, состоит из крошечных структур, называемых атомами, которые состоят из протонов, нейтронов и электронов. Протоны имеют положительный заряд, нейтроны не имеют заряда, а электроны имеют отрицательный заряд. Баланс этих частиц определяет общий заряд атома. Объект с положительным зарядом, как человек после энергичного протирания покрытых носком ног на ковер, содержит больше положительных частиц (протонов), чем отрицательных (электронов). Поскольку положительные атомы притягиваются к отрицательным и отталкиваются другими позитивами, заряды атомов, составляющих кусок материи, сильно влияют на его свойства и поведение.

Атомные заряды

Атомы, которые являются основной единицей материи, имеют ядро, состоящее из протонов и нейтронов, вокруг которых связаны один или несколько электронов. Количество протонов определяет, каким элементом является атом, и задается в качестве его атомного номера. Например, магний имеет 12 протонов, что дает ему атомный номер 12, а кислорода - восемь. Когда атомы объединяются, они становятся молекулами.

Электроны и протоны не имеют одинакового размера и веса - электроны меньше и легче, чем протоны - но они имеют одинаковое количество заряда. То есть, совпадающее число протонов и электронов взаимно компенсирует общий заряд. Поскольку нейтроны нейтральны, их количество не влияет на заряд атома.

Хотя общее количество субатомных частиц в атоме варьируется, атомы обычно электрически сбалансированы с равным количеством протонов и электронов. Это означает, что, естественно, атомы имеют нейтральный заряд, но это может измениться, приобретая или теряя электроны в результате химических и физических процессов. Когда электрон теряется, баланс сдвигается с дополнительным протоном, давая атому положительный заряд. Обратное верно для отрицательно заряженных атомов, которые приобрели электрон. Когда баланс частиц нарушается, образуя либо положительный, либо отрицательный атом (или молекулу), они больше не называются атомами. Вместо этого это ионы , с положительными, называемыми катионами , и отрицательными, называемыми анионами .

Заряд и поведение

Заряд, которым обладает объект, влияет на то, как он реагирует на окружающую среду. Например, катионы притягиваются к анионам, но отталкиваются от других катионов. Точно так же отрицательно заряженные атомы отталкивают друг друга. Такое поведение называется законом Кулона.

Положительные атомы не притягивают и не отталкивают нейтральные, но через явление, называемое электростатической индукцией, может быть создано притяжение. Это происходит потому, что электроны в некоторых молекулах имеют тенденцию становиться более мобильными, когда положительный заряд находится рядом. Электроны в нейтральной молекуле затем могут двигаться к источнику положительного заряда. Движение создает отрицательный заряд в ближайшей точке к источнику, хотя молекула в целом не изменяется. Это явление чаще всего происходит с металлами, что позволяет электрическому заряду течь через них.

Ежедневные Приложения

Многие предметы быта и процессы используют положительные заряды. Например, когда белье падает в сушилку для белья, движение заставляет электроны перемещаться от атомов на поверхности одних предметов к другим, давая предметам одежды разный заряд. Это то, что приводит к статическому прилипанию, так как заряженные теперь положительно и отрицательно заряженные частицы притягиваются друг к другу и заставляют одежду слипаться. Листы сушилки, как правило, содержат химические вещества, которые имеют положительный заряд, который стирается с предметов, помогая вновь сделать отрицательные нейтральными.

Другим примером является лазерный принтер, который печатает текст и изображения на бумаге, создавая серию положительных и отрицательных зарядов. Когда начинается задание на печать, лазер «пишет», передавая отрицательно заряженное статическое электричество в цилиндр с положительным зарядом. Тонер, который также является положительным, затем наносится на цилиндр и притягивается к отрицательным областям. Затем цилиндр катится по листу отрицательно заряженной бумаги, и тонер связывается с ним.

Биологические Молекулы

Общее количество всех атомов и ионов, которые являются частью биологической молекулы, известно как ее суммарный заряд. Большинство молекул в целом нейтральны, но крупные имеют тенденцию иметь одну или несколько отдельных областей, которые демонстрируют отрицательный или положительный заряд. Эти области сильно влияют на то, как молекула складывается и как она взаимодействует с другими молекулами. Например, ДНК и РНК являются нуклеиновыми кислотами, но они ведут себя очень по-разному отчасти потому, что их заряды по-разному распределены по их поверхностям.

Научные исследования часто требуют информации о зарядах атомов и молекул, потому что это влияет на поведение биологически активных молекул. Одна конкретная область, где манипулирование молекулярными зарядами очень полезно, - это рациональный дизайн лекарств. Исследователи в этой области работают над разработкой более эффективных лекарств, в некоторых случаях, манипулируя зарядом потенциального лекарства, чтобы заставить его более эффективно взаимодействовать со своей целью.