Allt runt omkring oss på planeten består av små, svårfångade partiklar. Elektroner är en av dem. Deras upptäckt skedde relativt nyligen. Och det öppnade upp för nya idéer om atomens struktur, mekanismerna för att överföra elektricitet och världens struktur som helhet.
Hur det odelbara delades
I modern mening är elektroner elementarpartiklar. De är integrerade och bryter inte in i mindre strukturer. Men en sådan idé har inte alltid funnits. Elektroner var okända fram till 1897.
Även tänkarna i det antika Grekland gissade att allt i världen, som en byggnad, består av många mikroskopiska "tegelstenar". Atomen ansågs då vara den minsta enheten av materia, och denna tro höll i sig i århundraden.
Föreställningen om atomen förändrades först i slutet av 1800-talet. Efter studier av J. Thomson, E. Rutherford, H. Lorentz, P. Zeeman, erkändes atomkärnor och elektroner som de minsta odelbara partiklarna. Med tiden upptäcktes protoner, neutroner och till och med senare - neutrinos, kaoner, pi-mesoner, etc.
Nu känner vetenskapen till ett stort antal elementarpartiklar, bland vilka elektroner alltid upptar sin plats.
Upptäckt av en ny partikel
När elektroner upptäcktes i atomen hade forskare länge känt till existensen av elektricitet och magnetism. Men den sanna naturen och de fullständiga egenskaperna hos dessa fenomen förblir fortfarande ett mysterium, som upptar många fysikers sinnen.
Redan i början av 1800-talet var det känt att utbredningen av elektromagnetisk strålning sker med ljusets hastighet. Emellertid drog engelsmannen Joseph Thomson, som utförde experiment med katodstrålar, slutsatsen att de består av många små korn, vars massa är mindre än atomär.
I april 1897 gjorde Thomson en presentation, där han presenterade för vetenskapssamfundet födelsen av en ny partikel i atomen, som han kallade en kropp. Senare bekräftade Ernest Rutherford, med hjälp av experiment med folie, sin lärares slutsatser, och blodkropparna fick ett annat namn - "elektroner".
Denna upptäckt stimulerade utvecklingen av inte bara fysikalisk vetenskap utan även kemisk vetenskap. Det möjliggjorde betydande framsteg i studiet av elektricitet och magnetism, ämnens egenskaper och gav också upphov till kärnfysik.
Vad är en elektron?
Elektroner är de lättaste partiklarna som har en elektrisk laddning. Vår kunskap om dem är fortfarande till stor del motsägelsefull och ofullständig. Till exempel, i moderna begrepp, lever de för evigt, eftersom de aldrig sönderfaller, till skillnad från neutroner och protoner (den teoretiska sönderfallsåldern för de senare överstiger universums ålder).
Elektroner är stabila och har en permanent negativ laddning e=1,6 x 10-19Cl. De tillhör fermionfamiljen och leptongruppen. Partiklar deltar i svag elektromagnetisk och gravitationell interaktion. De finns i atomer. Partiklar som har tappat kontakten med atomer är fria elektroner.
Elektronernas massa är 9,1 x 10-31 kg och är 1836 gånger mindre än en protons massa. De har ett halvt heltalsspinn och magnetiskt moment. En elektron betecknas med bokstaven "e-". På samma sätt, men med ett plustecken, indikeras dess antagonist - positron-antipartikeln.
Tillståndet för elektroner i en atom
När det stod klart att atomen består av mindre strukturer var det nödvändigt att förstå exakt hur de är ordnade i den. Därför dök de första modellerna av atomen upp i slutet av 1800-talet. Enligt planetmodellerna utgjorde protoner (positivt laddade) och neutroner (neutrala) atomkärnan. Och runt den rörde sig elektroner i elliptiska banor.
Dessa idéer förändras med tillkomsten av kvantfysiken i början av 1900-talet. Louis de Broglie för fram teorin att elektronen manifesterar sig inte bara som en partikel, utan också som en våg. Erwin Schrödinger skapar en vågmodell av en atom, där elektroner representeras som ett moln med en viss densitet med en laddning.
Det är nästan omöjligt att exakt bestämma platsen och banan för elektroner runt kärnan. I detta avseende introduceras ett speciellt koncept av "orbital" eller "elektronmoln", vilket är utrymmet för den mest sannolika platsennamngivna partiklar.
Energinivåer
Det finns exakt lika många elektroner i molnet runt en atom som det finns protoner i dess kärna. Alla är på olika avstånd. Närmast kärnan finns elektronerna med minst energi. Ju mer energi partiklarna har, desto längre kan de gå.
Men de är inte ordnade slumpmässigt, utan upptar specifika nivåer som bara kan ta emot ett visst antal partiklar. Varje nivå har sin egen mängd energi och är uppdelad i undernivåer, och de i sin tur i orbitaler.
Fyra kvanttal används för att beskriva elektronernas egenskaper och arrangemang på energinivåer:
- n - huvudtalet som bestämmer elektronens energi (motsvarar numret på det kemiska elementets period);
- l - orbitalnummer som beskriver formen på elektronmolnet (s - sfärisk, p - åtta form, d - klöver eller dubbel åtta form, f - komplex geometrisk form);
- m är ett magnetiskt tal som bestämmer orienteringen av molnet i ett magnetfält;
- ms är ett spinntal som kännetecknar rotationen av elektroner runt dess axel.
Slutsats
Så, elektroner är stabila negativt laddade partiklar. De är elementära och kan inte förfalla till andra element. De klassificeras som fundamentala partiklar, det vill säga de som ingår i materiens struktur.
Elektroner rör sig runt atomkärnor och utgör deras elektronskal. De påverkar de kemiska, optiska,mekaniska och magnetiska egenskaper hos olika ämnen. Dessa partiklar deltar i elektromagnetisk och gravitationell interaktion. Deras riktningsrörelse skapar en elektrisk ström och ett magnetfält.
