كل شيء حولنا على هذا الكوكب يتكون من جسيمات صغيرة مراوغة. الإلكترونات واحدة منهم. حدث اكتشافهم مؤخرًا نسبيًا. وفتحت أفكارًا جديدة حول بنية الذرة وآليات نقل الكهرباء وهيكل العالم ككل.
كيف تم تقسيم كل لا يتجزأ
الإلكترونات هي جسيمات أولية بالمعنى الحديث. فهي متكاملة ولا تنقسم إلى هياكل أصغر. لكن مثل هذه الفكرة لم تكن موجودة دائمًا. كانت الإلكترونات غير معروفة حتى عام 1897.
حتى المفكرين في اليونان القديمة اعتقدوا أن كل شيء في العالم ، مثل المبنى ، يتكون من العديد من "الطوب" المجهري. ثم اعتبرت الذرة أصغر وحدة للمادة ، واستمر هذا الاعتقاد لقرون.
تغير مفهوم الذرة فقط في نهاية القرن التاسع عشر. بعد دراسات J. Thomson ، E. Rutherford ، H. Lorentz ، P. Zeeman ، تم التعرف على النوى الذرية والإلكترونات كأصغر جسيمات غير قابلة للتجزئة. مع مرور الوقت ، تم اكتشاف البروتونات ، والنيوترونات ، وحتى في وقت لاحق - النيوترينوات ، والكاونات ، والبي ميزونات ، وما إلى ذلك.
الآن يعرف العلم عددًا هائلاً من الجسيمات الأولية ، من بينها الإلكترونات التي تحتل مكانها دائمًا.
اكتشاف جسيم جديد
بحلول الوقت الذي تم فيه اكتشاف الإلكترونات في الذرة ، كان العلماء قد عرفوا منذ فترة طويلة بوجود الكهرباء والمغناطيسية. لكن الطبيعة الحقيقية والخصائص الكاملة لهذه الظواهر لا تزال لغزا يشغل أذهان العديد من الفيزيائيين.
بالفعل في بداية القرن التاسع عشر ، كان معروفًا أن انتشار الإشعاع الكهرومغناطيسي يحدث بسرعة الضوء. ومع ذلك ، فإن الإنجليزي جوزيف طومسون ، الذي أجرى تجارب على أشعة الكاثود ، خلص إلى أنها تتكون من العديد من الحبوب الصغيرة ، وكتلتها أقل من الذرات.
في أبريل 1897 ، قدم طومسون عرضًا تقديميًا ، حيث قدم للمجتمع العلمي ولادة جسيم جديد في الذرة ، أطلق عليه اسم الجسيم. في وقت لاحق ، أكد إرنست رذرفورد ، بمساعدة التجارب على الرقائق ، استنتاجات معلمه ، وأعطيت الجسيمات اسمًا مختلفًا - "الإلكترونات".
حفز هذا الاكتشاف على تطوير ليس فقط العلوم الفيزيائية ولكن أيضًا العلوم الكيميائية. لقد سمح بإحراز تقدم كبير في دراسة الكهرباء والمغناطيسية ، وخصائص المواد ، كما أدى إلى ظهور الفيزياء النووية.
ما هو الإلكترون؟
الإلكترونات هي أخف الجسيمات التي لها شحنة كهربائية. ما زالت معرفتنا بها متناقضة وغير كاملة إلى حد كبير. على سبيل المثال ، في المفاهيم الحديثة ، فإنها تعيش إلى الأبد ، لأنها لا تتحلل أبدًا ، على عكس النيوترونات والبروتونات (عمر الاضمحلال النظري للأخير يتجاوز عمر الكون).
الإلكترونات مستقرة ولها شحنة سالبة دائمة e=1.6 x 10-19 Cl. ينتمون إلى عائلة فيرميون ومجموعة ليبتون. تشارك الجسيمات في ضعف التفاعل الكهرومغناطيسي والجاذبية. تم العثور عليها في الذرات. الجسيمات التي فقدت الاتصال بالذرات هي إلكترونات حرة
كتلة الإلكترونات 9.1 x 10-31kg وهي أقل بمقدار 1836 مرة من كتلة البروتون. لديهم دوران نصف صحيح وعزم مغناطيسي. يُشار إلى الإلكترون بالحرف "e- ". بنفس الطريقة ، ولكن بعلامة الجمع ، يشار إلى خصمه - الجسيم المضاد للبوزيترون.
حالة الإلكترونات في الذرة
عندما اتضح أن الذرة تتكون من هياكل أصغر ، كان من الضروري فهم كيفية ترتيبها بالضبط. لذلك ، في نهاية القرن التاسع عشر ، ظهرت النماذج الأولى للذرة. وفقًا لنماذج الكواكب ، تتكون النواة الذرية من البروتونات (موجبة الشحنة) والنيوترونات (المحايدة). وحولها تتحرك الإلكترونات في مدارات بيضاوية.
هذه الأفكار تتغير مع ظهور فيزياء الكم في بداية القرن العشرين. يطرح لويس دي بروي نظرية مفادها أن الإلكترون يظهر ليس فقط كجسيم ، ولكن أيضًا كموجة. أنشأ إروين شرودنغر نموذجًا موجيًا للذرة ، حيث يتم تمثيل الإلكترونات كسحابة ذات كثافة معينة بشحنة.
يكاد يكون من المستحيل تحديد موقع ومسار الإلكترونات حول النواة بدقة. في هذا الصدد ، تم تقديم مفهوم خاص لـ "المداري" أو "السحابة الإلكترونية" ، وهي مساحة الموقع الأكثر احتماليةالجسيمات المسماة.
مستويات الطاقة
يوجد عدد من الإلكترونات في السحابة حول الذرة يساوي عدد البروتونات الموجودة في نواتها. كل منهم على مسافات مختلفة. الأقرب إلى النواة هي الإلكترونات التي تمتلك أقل قدر من الطاقة. كلما زادت طاقة الجسيمات ، زادت قدرتها على الوصول.
لكنها ليست مرتبة بشكل عشوائي ، لكنها تحتل مستويات محددة يمكنها استيعاب عدد معين فقط من الجسيمات. كل مستوى له مقدار الطاقة الخاص به وينقسم إلى مستويات فرعية ، وتلك بدورها إلى مدارات.
أربعة أرقام كمية تستخدم لوصف خصائص وترتيب الإلكترونات على مستويات الطاقة:
- n - الرقم الرئيسي الذي يحدد طاقة الإلكترون (يتوافق مع عدد فترة العنصر الكيميائي) ؛
- l - الرقم المداري الذي يصف شكل السحابة الإلكترونية (s - كروي ، شكل p - ثمانية ، d - شكل البرسيم أو شكل مزدوج ثمانية ، f - شكل هندسي معقد) ؛
- م هو رقم مغناطيسي يحدد اتجاه السحابة في مجال مغناطيسي ؛
- مللي ثانية هو رقم دوران يميز دوران الإلكترونات حول محورها.
الخلاصة
إذن ، الإلكترونات هي جسيمات سالبة الشحنة مستقرة. إنها عناصر أساسية ولا يمكن أن تتحلل إلى عناصر أخرى. يتم تصنيفها على أنها جسيمات أساسية ، أي تلك التي تشكل جزءًا من بنية المادة.
تتحرك الإلكترونات حول النوى الذرية وتشكل غلافها الإلكتروني. أنها تؤثر على المواد الكيميائية والبصريةالخصائص الميكانيكية والمغناطيسية للمواد المختلفة. تشارك هذه الجسيمات في التفاعل الكهرومغناطيسي والجاذبية. تخلق حركتهم الاتجاهية تيارًا كهربائيًا ومجالًا مغناطيسيًا.
