Alt omkring os på planeten består af små, undvigende partikler. Elektroner er en af dem. Deres opdagelse skete relativt for nylig. Og det åbnede for nye ideer om atomets struktur, mekanismerne til transmission af elektricitet og verdens struktur som helhed.
Hvordan det udelelige blev delt
I moderne forstand er elektroner elementære partikler. De er integrerede og bryder ikke ind i mindre strukturer. Men sådan en idé eksisterede ikke altid. Elektroner var ukendte indtil 1897.
Selv tænkerne fra det antikke Grækenland gættede på, at hver ting i verden, som en bygning, består af mange mikroskopiske "klodser". Atomet blev dengang betragtet som den mindste stofenhed, og denne tro varede ved i århundreder.
Forestillingen om atomet ændrede sig først i slutningen af det 19. århundrede. Efter studier af J. Thomson, E. Rutherford, H. Lorentz, P. Zeeman, blev atomkerner og elektroner anerkendt som de mindste udelelige partikler. Med tiden blev protoner, neutroner og endnu senere - neutrinoer, kaoner, pi-mesoner osv. opdaget.
Nu kender videnskaben et stort antal elementarpartikler, blandt hvilke elektroner uvægerligt optager deres plads.
Opdagelse af en ny partikel
Da elektroner blev opdaget i atomet, havde videnskabsmænd længe vidst om eksistensen af elektricitet og magnetisme. Men disse fænomeners sande natur og fulde egenskaber er stadig et mysterium, der optager mange fysikeres sind.
Allerede i begyndelsen af det 19. århundrede var det kendt, at udbredelsen af elektromagnetisk stråling sker med lysets hastighed. Englænderen Joseph Thomson, der udførte eksperimenter med katodestråler, konkluderede imidlertid, at de består af mange små korn, hvis masse er mindre end atomart.
I april 1897 holdt Thomson en præsentation, hvor han præsenterede for det videnskabelige samfund fødslen af en ny partikel i atomet, som han kaldte et blodlegeme. Senere bekræftede Ernest Rutherford ved hjælp af eksperimenter med folie sin lærers konklusioner, og blodlegemerne fik et andet navn - "elektroner".
Denne opdagelse ansporede udviklingen af ikke kun fysisk, men også kemisk videnskab. Det muliggjorde betydelige fremskridt i studiet af elektricitet og magnetisme, stoffers egenskaber og gav også anledning til kernefysik.
Hvad er en elektron?
Elektroner er de letteste partikler, der har en elektrisk ladning. Vores viden om dem er stadig stort set modstridende og ufuldstændig. For eksempel lever de i moderne begreber for evigt, da de aldrig henfalder, i modsætning til neutroner og protoner (den teoretiske henfaldsalder for sidstnævnte overstiger universets alder).
Elektroner er stabile og har en permanent negativ ladning e=1,6 x 10-19Cl. De tilhører fermionfamilien og leptongruppen. Partikler deltager i svag elektromagnetisk og gravitationel interaktion. De findes i atomer. Partikler, der har mistet kontakten med atomer, er frie elektroner.
Massen af elektroner er 9,1 x 10-31 kg og er 1836 gange mindre end en protons masse. De har et halvt heltals spin og magnetisk moment. En elektron betegnes med bogstavet "e-". På samme måde, men med et plustegn, er dens antagonist angivet - positron-antipartiklen.
Tilstanden af elektroner i et atom
Da det blev klart, at atomet består af mindre strukturer, var det nødvendigt at forstå præcis, hvordan de er arrangeret i det. Derfor dukkede de første modeller af atomet op i slutningen af det 19. århundrede. Ifølge de planetariske modeller udgjorde protoner (positivt ladede) og neutroner (neutrale) atomkernen. Og rundt om den bevægede elektroner sig i elliptiske baner.
Disse ideer ændrer sig med fremkomsten af kvantefysikken i begyndelsen af det 20. århundrede. Louis de Broglie fremsætter teorien om, at elektronen manifesterer sig ikke kun som en partikel, men også som en bølge. Erwin Schrödinger skaber en bølgemodel af et atom, hvor elektroner er repræsenteret som en sky af en vis tæthed med en ladning.
Det er næsten umuligt nøjagtigt at bestemme placeringen og banen af elektroner omkring kernen. I denne henseende introduceres et særligt begreb "orbital" eller "elektronsky", som er rummet for den mest sandsynlige placeringnavngivne partikler.
Energiniveauer
Der er nøjagtig lige så mange elektroner i skyen omkring et atom, som der er protoner i dets kerne. De er alle på forskellig afstand. Tættest på kernen er elektronerne med den mindste mængde energi. Jo mere energi partiklerne har, jo længere kan de komme.
Men de er ikke arrangeret tilfældigt, men optager specifikke niveauer, der kun kan rumme et vist antal partikler. Hvert niveau har sin egen mængde energi og er opdelt i underniveauer, og dem igen i orbitaler.
Fire kvantetal bruges til at beskrive karakteristika og arrangement af elektroner på energiniveauer:
- n - hovedtallet, der bestemmer elektronens energi (svarer til tallet for perioden for det kemiske grundstof);
- l - orbit alt tal, der beskriver formen af elektronskyen (s - sfærisk, p - otte-form, d - kløver eller dobbelt otte-form, f - kompleks geometrisk form);
- m er et magnetisk tal, der bestemmer skyens orientering i et magnetfelt;
- ms er et spin-tal, der karakteriserer rotationen af elektroner omkring dens akse.
Konklusion
Så elektroner er stabile negativt ladede partikler. De er elementære og kan ikke henfalde til andre elementer. De klassificeres som fundamentale partikler, det vil sige dem, der er en del af stoffets struktur.
Elektroner bevæger sig rundt i atomkerner og udgør deres elektronskal. De påvirker de kemiske, optiske,forskellige stoffers mekaniske og magnetiske egenskaber. Disse partikler deltager i elektromagnetisk og gravitationel interaktion. Deres retningsbestemte bevægelse skaber en elektrisk strøm og et magnetfelt.
