Totul în jurul nostru pe planetă este format din particule mici, evazive. Electronii sunt unul dintre ei. Descoperirea lor a avut loc relativ recent. Și a deschis noi idei despre structura atomului, mecanismele de transmitere a electricității și structura lumii în ansamblu.
Cum a fost împărțit indivizibilul
În sensul modern, electronii sunt particule elementare. Sunt integrale și nu se sparg în structuri mai mici. Dar o astfel de idee nu a existat întotdeauna. Electronii au fost necunoscuți până în 1897.
Chiar și gânditorii Greciei Antice au ghicit că fiecare lucru din lume, ca o clădire, este format din multe „cărămizi” microscopice. Atunci atomul a fost considerat cea mai mică unitate de materie, iar această credință a persistat timp de secole.
Noțiunea de atom s-a schimbat abia la sfârșitul secolului al XIX-lea. După studiile lui J. Thomson, E. Rutherford, H. Lorentz, P. Zeeman, nucleele atomice și electronii au fost recunoscuți ca fiind cele mai mici particule indivizibile. De-a lungul timpului, au fost descoperiți protoni, neutroni și chiar mai târziu - neutrini, kaoni, pi-mezoni etc.
Acum știința cunoaște un număr imens de particule elementare, printre care electronii le ocupă invariabil locul.
Descoperirea unei noi particule
Până când electronii au fost descoperiți în atom, oamenii de știință știau de mult despre existența electricității și a magnetismului. Dar adevărata natură și proprietățile depline ale acestor fenomene rămân încă un mister, ocupând mințile multor fizicieni.
Deja la începutul secolului al XIX-lea, se știa că propagarea radiațiilor electromagnetice are loc cu viteza luminii. Cu toate acestea, englezul Joseph Thomson, efectuând experimente cu raze catodice, a concluzionat că acestea constau din multe boabe mici, a căror masă este mai mică decât atomică.
În aprilie 1897, Thomson a făcut o prezentare, în care a prezentat comunității științifice nașterea unei noi particule în atom, pe care a numit-o corpuscul. Mai târziu, Ernest Rutherford, cu ajutorul experimentelor cu folie, a confirmat concluziile profesorului său, iar corpusculilor li s-a dat un alt nume - „electroni”.
Această descoperire a stimulat dezvoltarea nu numai a științei fizice, ci și a științei chimice. A permis progrese semnificative în studiul electricității și magnetismului, proprietăților substanțelor și, de asemenea, a dat naștere fizicii nucleare.
Ce este un electron?
Electronii sunt cele mai ușoare particule care au o sarcină electrică. Cunoștințele noastre despre ele sunt încă în mare măsură contradictorii și incomplete. De exemplu, în conceptele moderne, ei trăiesc pentru totdeauna, deoarece nu se degradează niciodată, spre deosebire de neutroni și protoni (vârsta teoretică de dezintegrare a acestora din urmă depășește vârsta Universului).
Electronii sunt stabili și au o sarcină negativă permanentă e=1,6 x 10-19Cl. Ei aparțin familiei fermionilor și grupului leptonilor. Particulele participă la interacțiuni electromagnetice și gravitaționale slabe. Se găsesc în atomi. Particulele care au pierdut contactul cu atomii sunt electroni liberi.
Masa electronilor este de 9,1 x 10-31 kg și este de 1836 de ori mai mică decât masa unui proton. Au spin jumătate întreg și moment magnetic. Un electron este notat cu litera „e-”. În același mod, dar cu semnul plus, este indicat antagonistul său - antiparticula de pozitroni.
Starea electronilor într-un atom
Când a devenit clar că atomul este format din structuri mai mici, a fost necesar să înțelegem exact cum sunt aranjate în el. Prin urmare, la sfârșitul secolului al XIX-lea au apărut primele modele ale atomului. Conform modelelor Planetare, protonii (încărcați pozitiv) și neutronii (neutri) alcătuiesc nucleul atomic. Și în jurul lui, electronii s-au mișcat pe orbite eliptice.
Aceste idei se schimbă odată cu apariția fizicii cuantice la începutul secolului al XX-lea. Louis de Broglie propune teoria conform căreia electronul se manifestă nu numai ca o particulă, ci și ca undă. Erwin Schrödinger creează un model de undă al unui atom, în care electronii sunt reprezentați ca un nor de o anumită densitate cu o sarcină.
Este aproape imposibil să se determine cu exactitate locația și traiectoria electronilor în jurul nucleului. În acest sens, este introdus un concept special de „orbital” sau „nor de electroni”, care este spațiul locației celei mai probabile.particule numite.
Niveluri de energie
Există exact la fel de mulți electroni în nor în jurul unui atom, cât de protoni sunt în nucleul său. Toate sunt la distanțe diferite. Cel mai aproape de nucleu sunt electronii cu cea mai mică cantitate de energie. Cu cât particulele au mai multă energie, cu atât pot merge mai departe.
Dar nu sunt aranjate aleatoriu, ci ocupă niveluri specifice care pot găzdui doar un anumit număr de particule. Fiecare nivel are propria sa cantitate de energie și este împărțit în subniveluri, iar acestea, la rândul lor, în orbitali.
Patru numere cuantice sunt folosite pentru a descrie caracteristicile și aranjarea electronilor pe niveluri de energie:
- n - numărul principal care determină energia electronului (corespunde cu numărul perioadei elementului chimic);
- l - număr orbital care descrie forma norului de electroni (s - sferic, p - formă de opt, d - formă de trifoi sau dublu opt, f - formă geometrică complexă);
- m este un număr magnetic care determină orientarea norului într-un câmp magnetic;
- ms este un număr de spin care caracterizează rotația electronilor în jurul axei sale.
Concluzie
Deci, electronii sunt particule stabile încărcate negativ. Ele sunt elementare și nu se pot descompune în alte elemente. Ele sunt clasificate drept particule fundamentale, adică acelea care fac parte din structura materiei.
Electronii se mișcă în jurul nucleelor atomice și formează învelișul lor de electroni. Ele afectează substanțele chimice, optice,proprietăți mecanice și magnetice ale diferitelor substanțe. Aceste particule participă la interacțiunea electromagnetică și gravitațională. Mișcarea lor direcțională creează un curent electric și un câmp magnetic.
