همه چیز در اطراف ما در این سیاره از ذرات کوچک و گریزان تشکیل شده است. الکترون ها یکی از آنها هستند. کشف آنها به تازگی اتفاق افتاده است. و ایده های جدیدی را در مورد ساختار اتم، مکانیسم های انتقال الکتریسیته و ساختار جهان به طور کلی باز کرد.
چگونه تقسیم ناپذیر
به معنای امروزی، الکترون ها ذرات بنیادی هستند. آنها یکپارچه هستند و به ساختارهای کوچکتر تجزیه نمی شوند. اما چنین ایده ای همیشه وجود نداشت. الکترون ها تا سال 1897 ناشناخته بودند.
حتی متفکران یونان باستان حدس می زدند که همه چیز در جهان، مانند یک ساختمان، از آجرهای میکروسکوپی زیادی تشکیل شده است. در آن زمان اتم کوچکترین واحد ماده در نظر گرفته می شد و این باور برای قرن ها ادامه داشت.
مفهوم اتم تنها در پایان قرن نوزدهم تغییر کرد. پس از مطالعات J. Thomson، E. Rutherford، H. Lorentz، P. Zeeman، هسته‌های اتم و الکترونها به عنوان کوچکترین ذرات غیرقابل تقسیم شناخته شدند. با گذشت زمان، پروتون ها، نوترون ها و حتی بعدها - نوترینوها، کائون ها، پی-مزون ها و غیره کشف شدند.
اکنون علم تعداد زیادی ذرات بنیادی را می شناسد که در میان آنها الکترون ها همیشه جای آنها را اشغال می کنند.
کشف یک ذره جدید
در زمان کشف الکترون ها در اتم، دانشمندان مدت ها از وجود الکتریسیته و مغناطیس اطلاع داشتند. اما ماهیت واقعی و ویژگی‌های کامل این پدیده‌ها همچنان یک راز باقی مانده و ذهن بسیاری از فیزیکدانان را به خود مشغول کرده است.
در آغاز قرن نوزدهم، شناخته شده بود که انتشار تابش الکترومغناطیسی با سرعت نور اتفاق می افتد. با این حال، جوزف تامسون انگلیسی، با انجام آزمایش‌هایی با پرتوهای کاتدی، به این نتیجه رسید که آنها از دانه‌های کوچک زیادی تشکیل شده‌اند که جرم آنها کمتر از اتمی است.
در آوریل 1897، تامسون ارائه ای را ارائه داد، که در آن تولد ذره جدیدی در اتم را به جامعه علمی ارائه کرد که او آن را جسم نامید. بعداً، ارنست رادرفورد، با کمک آزمایشات با فویل، نتیجه گیری معلم خود را تأیید کرد، و اجسام نام متفاوتی گرفتند - "الکترون".
این کشف باعث توسعه نه تنها علوم فیزیکی، بلکه همچنین علم شیمیایی شد. این باعث پیشرفت قابل توجهی در مطالعه الکتریسیته و مغناطیس، خواص مواد شد و همچنین باعث پیدایش فیزیک هسته ای شد.
الکترون چیست؟
الکترون ها سبک ترین ذراتی هستند که بار الکتریکی دارند. دانش ما از آنها هنوز تا حد زیادی متناقض و ناقص است. به عنوان مثال، در مفاهیم مدرن، آنها برای همیشه زندگی می کنند، زیرا آنها بر خلاف نوترون ها و پروتون ها هرگز تجزیه نمی شوند (سن واپاشی نظری دومی از سن جهان بیشتر است).
الکترونها پایدار هستند و دارای بار منفی دائمی هستند e=1.6 x 10-19Cl. آنها از خانواده فرمیون و گروه لپتون هستند. ذرات در برهمکنش ضعیف الکترومغناطیسی و گرانشی شرکت می کنند. آنها در اتم ها یافت می شوند. ذراتی که تماس خود را با اتم ها از دست داده اند، الکترون های آزاد هستند.
جرم الکترون ها 9.1 x 10-31 کیلوگرم است و ۱۸۳۶ برابر کمتر از جرم یک پروتون است. دارای اسپین نیمه صحیح و گشتاور مغناطیسی هستند. یک الکترون با حرف "e-" نشان داده می شود. به همین ترتیب، اما با علامت مثبت، آنتاگونیست آن نشان داده شده است - پادذره پوزیترون.
وضعیت الکترونها در اتم
وقتی مشخص شد که اتم از ساختارهای کوچکتری تشکیل شده است، لازم بود که دقیقاً بفهمیم که آنها چگونه در آن قرار دارند. بنابراین، در پایان قرن نوزدهم، اولین مدل های اتم ظاهر شد. طبق مدل های سیاره ای، پروتون ها (با بار مثبت) و نوترون ها (خنثی) هسته اتم را تشکیل می دهند. و در اطراف آن، الکترون ها در مدارهای بیضی شکل حرکت کردند.
این ایده ها با ظهور فیزیک کوانتومی در آغاز قرن بیستم تغییر می کند. لویی دو بروگلی این نظریه را مطرح می کند که الکترون نه تنها به صورت یک ذره، بلکه به صورت موج نیز خود را نشان می دهد. اروین شرودینگر یک مدل موجی از یک اتم ایجاد می کند که در آن الکترون ها به صورت ابری با چگالی مشخص با بار نمایش داده می شوند.
تعیین دقیق مکان و مسیر حرکت الکترون ها در اطراف هسته تقریبا غیرممکن است. در این راستا مفهوم خاصی از «اربیتال» یا «ابر الکترونی» معرفی می شود که فضای محتمل ترین مکان است.ذرات نامگذاری شده.
سطوح انرژی
در ابر اطراف یک اتم دقیقاً به اندازه پروتون های هسته آن الکترون وجود دارد. همه آنها در فواصل مختلف هستند. نزدیکترین به هسته الکترونهایی هستند که کمترین انرژی را دارند. هر چه ذرات انرژی بیشتری داشته باشند، می توانند دورتر بروند.
اما آنها به طور تصادفی چیده نشده اند، بلکه سطوح خاصی را اشغال می کنند که فقط می توانند تعداد معینی از ذرات را در خود جای دهند. هر سطح مقدار انرژی مخصوص به خود را دارد و به سطوح فرعی تقسیم می شود و آن ها نیز به نوبه خود به اوربیتال ها تقسیم می شوند.
چهار عدد کوانتومی برای توصیف ویژگی ها و آرایش الکترون ها در سطوح انرژی استفاده می شود:
- n - عدد اصلی که انرژی الکترون را تعیین می کند (مربوط به تعداد دوره عنصر شیمیایی)؛
- l - عدد مداری که شکل ابر الکترونی را توصیف می کند (s - کروی، p - هشت شکل، d - شبدر یا دو شکل هشت، f - شکل هندسی پیچیده)؛
- m یک عدد مغناطیسی است که جهت ابر را در میدان مغناطیسی تعیین می کند؛
- ms یک عدد اسپینی است که چرخش الکترون ها به دور محور خود را مشخص می کند.
نتیجه گیری
بنابراین، الکترون ها ذرات با بار منفی پایدار هستند. آنها عنصری هستند و نمی توانند به عناصر دیگر تجزیه شوند. آنها به عنوان ذرات بنیادی طبقه بندی می شوند، یعنی آنهایی که بخشی از ساختار ماده هستند.
الکترونها در اطراف هسته اتم حرکت می کنند و پوسته الکترونی آنها را تشکیل می دهند. آنها بر مواد شیمیایی، نوری،خواص مکانیکی و مغناطیسی مواد مختلف این ذرات در برهمکنش الکترومغناطیسی و گرانشی شرکت می کنند. حرکت جهتی آنها یک جریان الکتریکی و یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند.
