Vse na svetu, naravno ali sintetično, je sestavljeno iz drobnih struktur, imenovanih atomi, ki so sestavljeni iz protonov, nevtronov in elektronov. Protoni imajo pozitiven naboj, nevtroni nimajo naboja, elektroni pa negativni. Ravnotežje teh delcev določa celoten naboj atoma. Predmet s pozitivnim nabojem, kot oseba, ki si močno drgne noge, prekrite z nogavicami, o preprogo, vsebuje več pozitivnih delcev (protonov) kot negativnih (elektronov). Ker pozitivne atome privlačijo negativni in se odbijajo od drugih pozitivnih, naboji atomov, ki sestavljajo kos snovi, močno vplivajo na njegove lastnosti in obnašanje.
Atomski naboji
Atomi, ki so osnovna enota snovi, imajo jedro, sestavljeno iz protonov in nevtronov, okoli katerega je vezanih en ali več elektronov. Število protonov določa, kateri element je atom in je podano kot njegova atomska številka. Na primer, magnezij ima 12 protonov, kar mu daje atomsko številko 12, medtem ko ima kisik osem. Ko se atomi združijo, postanejo molekule.
Elektroni in protoni nimajo enake velikosti in teže – elektroni so manjši in lažji od protonov –, vendar imajo enako količino naboja. To pomeni, da se ujemajoče se število protonov in elektronov medsebojno izniči v smislu celotnega naboja. Ker so nevtroni nevtralni, njihovo število ne vpliva na naboj atoma.
Čeprav se skupno število subatomskih delcev, ki jih ima atom, razlikuje, so atomi običajno električno uravnoteženi z enakim številom protonov in elektronov. To pomeni, da imajo atomi naravno nevtralen naboj, vendar se to lahko spremeni s pridobivanjem ali izgubo elektronov s kemičnimi in fizikalnimi procesi. Ko se elektron izgubi, se ravnotežje premakne z dodatnim protonom, kar daje atomu pozitiven naboj. Obratno velja za negativno nabite atome, ki so pridobili elektron. Ko se ravnotežje delcev poruši, kar povzroči pozitiven ali negativen atom (ali molekulo), se ne imenujejo več atomi. Namesto tega so ioni, s pozitivnimi, imenovanimi kationi, in negativnimi, imenovanimi anioni.
Naboj in vedenje
Naboj, ki ga ima predmet, vpliva na njegov odziv na okolje. Katione na primer privlačijo anioni, drugi kationi pa jih odbijajo. Podobno se negativno nabiti atomi odbijajo. To vedenje se imenuje Coulombov zakon.
Pozitivni atomi ne privlačijo ali odbijajo nevtralnih, lahko pa se s pojavom, imenovanim elektrostatična indukcija, ustvari privlačnost. To se zgodi, ker elektroni v nekaterih molekulah postanejo bolj mobilni, ko je blizu pozitivni naboj. Elektroni v nevtralni molekuli se nato lahko premikajo proti viru pozitivnega naboja. Gibanje ustvari negativni naboj na najbližji točki vira, čeprav je molekula na splošno nespremenjena. Ta pojav se najpogosteje zgodi pri kovinah, kar omogoča, da električni naboj teče skozi njih.
Vsakodnevne aplikacije
Številni vsakdanji predmeti in procesi uporabljajo pozitivne naboje. Ko se perilo na primer vrti v sušilnem stroju, gibanje povzroči, da se elektroni premikajo iz atomov na površini nekaterih predmetov na druge, kar daje kosom oblačil različne naboje. To je tisto, kar vodi do statičnega oprijemanja, saj se zdaj pozitivno in negativno nabiti delci med seboj privlačijo in oblačila držijo skupaj. Sušilne rjuhe običajno vsebujejo kemikalije, ki imajo pozitiven naboj, ki se drgnejo na predmete in pomagajo, da so negativni spet nevtralni.
Drug primer je laserski tiskalnik, ki tiska besedilo in slike na papir z ustvarjanjem niza pozitivnih in negativnih nabojev. Ko se tiskanje začne, laser “piše” tako, da negativno nabito statično elektriko prenese na jeklenko s pozitivnim nabojem. Toner, ki je tudi pozitiven, se nato nanese na cilinder in ga pritegnejo negativna področja. Valj se nato zvije po listu negativno nabitega papirja in nanj se veže toner.
Biološke molekule
Skupna vsota vseh atomov in ionov, ki so del biološke molekule, je znana kot njen neto naboj. Večina molekul je na splošno nevtralnih, velike pa imajo običajno eno ali več diskretnih območij, ki kažejo negativen ali pozitiven naboj. Ta področja močno vplivajo na način zlaganja molekule in način interakcije z drugimi molekulami. Na primer, DNK in RNA sta obe nukleinski kislini, vendar se deloma obnašata zelo različno, ker so njuni naboji različno razporejeni vzdolž njunih površin.
Znanstvene raziskave pogosto zahtevajo informacije o nabojih atomov in molekul, ker vplivajo na obnašanje biološko aktivnih molekul. Eno posebno področje, kjer je manipulacija molekularnih nabojev zelo uporabna, je racionalno načrtovanje zdravil. Raziskovalci na tem področju si prizadevajo za razvoj učinkovitejših zdravil, v nekaterih primerih z manipuliranjem naboja potencialnega zdravila, da bi učinkoviteje vplivalo na cilj.