Kaikki ympärillämme planeetalla koostuu pienistä, vaikeasti havaittavista hiukkasista. Elektronit ovat yksi niistä. Heidän löytönsä tapahtui suhteellisen hiljattain. Ja se avasi uusia ajatuksia atomin rakenteesta, sähkönsiirtomekanismeista ja koko maailman rakenteesta.
Kuinka jakamaton jaettiin
Nykyaikaisessa mielessä elektronit ovat alkuainehiukkasia. Ne ovat kiinteät eivätkä hajoa pienempiin rakenteisiin. Mutta tällaista ajatusta ei aina ollut olemassa. Elektronit olivat tuntemattomia vuoteen 1897 asti.
Muinaisen Kreikan ajattelijatkin arvasivat, että jokainen esine maailmassa, kuten rakennus, koostuu monista mikroskooppisista "tiileistä". Atomia pidettiin silloin pienimpänä aineen yksikkönä, ja tämä uskomus säilyi vuosisatoja.
Atomin käsite muuttui vasta 1800-luvun lopulla. J. Thomsonin, E. Rutherfordin, H. Lorentzin, P. Zeemanin tutkimusten jälkeen atomiytimet ja elektronit tunnistettiin pienimmiksi jakamattomiksi hiukkasiksi. Ajan myötä protoneja, neutroneja ja vielä myöhemmin neutriinoja, kaoneja, pi-mesoneja jne. löydettiin.
Nyt tiede tuntee v altavan määrän alkuainehiukkasia, joiden joukossa elektronit ovat aina paikallaan.
Uuden hiukkasen löytö
Kun atomista löydettiin elektroneja, tiedemiehet olivat tienneet pitkään sähkön ja magnetismin olemassaolosta. Mutta näiden ilmiöiden todellinen luonne ja täydelliset ominaisuudet ovat edelleen mysteeri, joka vaivaa monien fyysikkojen mielet.
Jo 1800-luvun alussa tiedettiin, että sähkömagneettinen säteily etenee valonnopeudella. Kuitenkin englantilainen Joseph Thomson, joka teki kokeita katodisäteillä, päätteli, että ne koostuvat monista pienistä rakeista, joiden massa on pienempi kuin atomi.
Huhtikuussa 1897 Thomson piti esitelmän, jossa hän esitteli tiedeyhteisölle uuden hiukkasen syntymän atomissa, jota hän kutsui verisoluksi. Myöhemmin Ernest Rutherford vahvisti kalvokokeiden avulla opettajansa johtopäätökset, ja verisoluille annettiin eri nimi - "elektroneja".
Tämä löytö vauhditti paitsi fysiikan myös kemian tieteen kehitystä. Se mahdollisti merkittävän edistyksen sähkön ja magnetismin sekä aineiden ominaisuuksien tutkimuksessa ja synnytti myös ydinfysiikan.
Mikä on elektroni?
Elektronit ovat kevyimpiä hiukkasia, joilla on sähkövaraus. Tietomme niistä on edelleen suurelta osin ristiriitaista ja puutteellista. Esimerkiksi nykyaikaisissa käsitteissä ne elävät ikuisesti, koska ne eivät koskaan hajoa, toisin kuin neutronit ja protonit (jälkimmäisten teoreettinen hajoamisikä ylittää maailmankaikkeuden iän).
Elektronit ovat vakaita ja niillä on pysyvä negatiivinen varaus e=1,6 x 10-19Cl. Ne kuuluvat fermion-perheeseen ja leptoniryhmään. Hiukkaset osallistuvat heikkoon sähkömagneettiseen ja gravitaatiovuorovaikutukseen. Ne löytyvät atomeista. Hiukkaset, jotka ovat menettäneet kosketuksen atomien kanssa, ovat vapaita elektroneja.
Elektronien massa on 9,1 x 10-31 kg ja se on 1836 kertaa pienempi kuin protonin massa. Niissä on puolikokonaisluku spin ja magneettinen momentti. Elektroni on merkitty kirjaimella "e-". Samalla tavalla, mutta plusmerkillä, sen antagonisti on merkitty - positroniantipartikkeli.
Elektronien tila atomissa
Kun kävi selväksi, että atomi koostuu pienemmistä rakenteista, oli tarpeen ymmärtää tarkalleen, miten ne on järjestetty siihen. Siksi ensimmäiset atomin mallit ilmestyivät 1800-luvun lopulla. Planeettamallien mukaan protonit (positiivisesti varautuneet) ja neutronit (neutraalit) muodostivat atomiytimen. Ja sen ympärillä elektronit liikkuivat elliptisellä kiertoradalla.
Nämä ajatukset muuttuvat kvanttifysiikan myötä 1900-luvun alussa. Louis de Broglie esittää teorian, jonka mukaan elektroni ei ilmene vain hiukkasena, vaan myös a altona. Erwin Schrödinger luo atomista a altomallin, jossa elektronit esitetään tietyn tiheyden omaavana pilvenä varauksella.
On lähes mahdotonta määrittää tarkasti elektronien sijaintia ja liikerataa ytimen ympärillä. Tässä yhteydessä otetaan käyttöön erityinen käsite "kiertorata" tai "elektronipilvi", joka on todennäköisimmän sijainnin avaruus.nimetyt hiukkaset.
Energiatasot
Pilvessä atomin ympärillä on täsmälleen yhtä monta elektronia kuin sen ytimessä on protoneja. Kaikki ne ovat eri etäisyyksillä. Lähimpänä ydintä ovat elektronit, joilla on vähiten energiaa. Mitä enemmän energiaa hiukkasilla on, sitä kauemmaksi ne voivat mennä.
Mutta niitä ei ole järjestetty satunnaisesti, vaan niillä on tietyt tasot, joihin mahtuu vain tietty määrä hiukkasia. Jokaisella tasolla on oma energiamäärä, ja se on jaettu alatasoiksi ja ne puolestaan kiertoradoihin.
Neljä kvanttilukua käytetään kuvaamaan elektronien ominaisuuksia ja järjestystä energiatasoilla:
- n - pääluku, joka määrittää elektronin energian (vastaa kemiallisen alkuaineen jakson numeroa);
- l - rataluku, joka kuvaa elektronipilven muotoa (s - pallomainen, p - kahdeksan muotoinen, d - apila tai kaksoiskahdeksan muoto, f - monimutkainen geometrinen muoto);
- m on magneettinen luku, joka määrittää pilven suunnan magneettikentässä;
- ms on spin-luku, joka kuvaa elektronien pyörimistä akselinsa ympäri.
Johtopäätös
Joten, elektronit ovat pysyviä negatiivisesti varautuneita hiukkasia. Ne ovat alkuaineita eivätkä voi hajota muiksi elementeiksi. Ne luokitellaan perushiukkasiksi, eli ne, jotka ovat osa aineen rakennetta.
Elektronit liikkuvat atomiytimien ympärillä ja muodostavat niiden elektronikuoren. Ne vaikuttavat kemiallisiin, optisiin,eri aineiden mekaaniset ja magneettiset ominaisuudet. Nämä hiukkaset osallistuvat sähkömagneettiseen ja gravitaatiovuorovaikutukseen. Niiden suunnattu liike luo sähkövirran ja magneettikentän.
