Atoom is belangrijk

Geleiders en isolatoren

De manier waarop atomen aan elkaar hechten, beïnvloedt de elektrische eigenschappen van de materialen die ze vormen. In materialen die bijvoorbeeld bij elkaar worden gehouden door de metaalbinding, zweven elektronen losjes tussen de metaalionen. Deze elektronen kunnen vrij bewegen als er een elektrische kracht op wordt uitgeoefend. Als er bijvoorbeeld een koperdraad over de polen van een batterij is bevestigd, zullen de elektronen in de draad stromen. Er stroomt dus een elektrische stroom en het koper is een geleider.

De stroom van elektronen in een geleider is echter niet zo eenvoudig. Een vrij elektron wordt een tijdje versneld, maar botst dan tegen een ion. Tijdens het botsingsproces wordt een deel van de door het elektron verworven energie naar het ion overgedragen. Als gevolg hiervan zal het ion sneller bewegen en zal een waarnemer de temperatuurstijging van de draad opmerken. Deze omzetting van elektrische energie van de beweging van de elektronen naar warmte-energie wordt elektrische weerstand genoemd. In een materiaal met een hoge weerstand warmt de draad snel op als elektrische stroom vloeit. In een materiaal met een lage weerstand, zoals koperdraad, blijft de meeste energie bij de bewegende elektronen, dus het materiaal is goed in het verplaatsen van elektrische energie van het ene punt naar het andere. De uitstekende geleidende eigenschap, samen met de relatief lage kosten, is de reden waarom koper vaak wordt gebruikt in elektrische bedrading.

Precies het tegenovergestelde doet zich voor bij materialen, zoals kunststoffen en keramiek, waarin de elektronen allemaal opgesloten zijn in ionische of covalente bindingen. Wanneer dit soort materialen tussen de polen van een batterij worden geplaatst, stroomt er geen stroom - er zijn gewoon geen elektronen die vrij kunnen bewegen. Dergelijke materialen worden isolatoren genoemd.

Magnetische eigenschappen

De magnetische eigenschappen van materialen hangen ook samen met het gedrag van elektronen in atomen. Een elektron in een baan om de aarde kan worden gezien als een miniatuurlus van elektrische stroom. Volgens de wetten van het elektromagnetisme zal een dergelijke lus een magnetisch veld creëren. Elk elektron in een baan rond een kern produceert zijn eigen magnetische veld, en de som van deze velden, samen met de intrinsieke velden van de elektronen en de kern, bepaalt het magnetische veld van het atoom. Tenzij al deze velden verdwijnen, kan het atoom worden beschouwd als een kleine magneet.

Bij de meeste materialen wijzen deze atoommagneten in willekeurige richtingen, zodat het materiaal zelf niet magnetisch is. In sommige gevallen - bijvoorbeeld wanneer willekeurig georiënteerde atomaire magneten in een sterk extern magnetisch veld worden geplaatst - komen ze in een rij te staan, waardoor het externe veld wordt versterkt. Dit fenomeen staat bekend als paramagnetisme. In een paar metalen, zoals ijzer, zijn de interatomaire krachten zodanig dat de atoommagneten zich uitstrekken over gebieden met een paar duizend atomen. Deze regio's worden domeinen genoemd. Bij normaal ijzer zijn de domeinen willekeurig georiënteerd, dus het materiaal is niet magnetisch. Als ijzer echter in een sterk magnetisch veld wordt geplaatst, zullen de domeinen op één lijn liggen en blijven ze op één lijn staan, zelfs nadat het externe veld is verwijderd. Hierdoor krijgt het stuk ijzer een sterk magnetisch veld. Dit fenomeen staat bekend als ferromagnetisme. Op deze manier worden permanente magneten gemaakt.