Sve oko nas na planeti sastoji se od malih, neuhvatljivih čestica. Elektroni su jedan od njih. Njihovo otkriće dogodilo se relativno nedavno. I otvorio je nove ideje o strukturi atoma, mehanizmima za prijenos električne energije i strukturi svijeta u cjelini.
Kako je podijeljeno nedjeljivo
U modernom smislu, elektroni su elementarne čestice. Oni su integralni i ne razbijaju se u manje strukture. Ali takva ideja nije uvijek postojala. Elektroni su bili nepoznati do 1897.
Čak su i mislioci antičke Grčke nagađali da se svaka stvar na svijetu, poput zgrade, sastoji od mnogih mikroskopskih "cigli". Atom se tada smatrao najmanjom jedinicom materije, a to se vjerovanje održalo stoljećima.
Pojam atoma promijenio se tek krajem 19. stoljeća. Nakon studija J. Thomsona, E. Rutherforda, H. Lorentza, P. Zeemana, atomske jezgre i elektroni prepoznati su kao najmanje nedjeljive čestice. S vremenom su otkriveni protoni, neutroni, pa čak i kasnije - neutrini, kaoni, pi-mezoni itd.
Sada znanost poznaje ogroman broj elementarnih čestica, među kojima elektroni uvijek zauzimaju svoje mjesto.
Otkriće nove čestice
Do trenutka kada su elektroni otkriveni u atomu, znanstvenici su dugo znali za postojanje elektriciteta i magnetizma. Ali prava priroda i puna svojstva ovih fenomena i dalje ostaju misterij, zaokupljajući umove mnogih fizičara.
Već početkom 19. stoljeća bilo je poznato da se elektromagnetsko zračenje širi brzinom svjetlosti. Međutim, Englez Joseph Thomson, provodeći eksperimente s katodnim zrakama, zaključio je da se one sastoje od mnogo malih zrnaca čija je masa manja od atomske.
U travnju 1897. Thomson je napravio prezentaciju, gdje je znanstvenoj zajednici predstavio rođenje nove čestice u atomu, koju je nazvao korpuskula. Kasnije je Ernest Rutherford, uz pomoć eksperimenata s folijom, potvrdio zaključke svog učitelja, a korpuskule su dobile drugačije ime - "elektroni".
Ovo otkriće potaknulo je razvoj ne samo fizičke već i kemijske znanosti. To je omogućilo značajan napredak u proučavanju elektriciteta i magnetizma, svojstava tvari, a također je dovelo do nuklearne fizike.
Što je elektron?
Elektroni su najlakše čestice koje imaju električni naboj. Naše znanje o njima još uvijek je uvelike kontradiktorno i nepotpuno. Na primjer, u modernim konceptima, oni žive vječno, budući da se nikada ne raspadaju, za razliku od neutrona i protona (teorijska dob raspada potonjih premašuje starost Svemira).
Elektroni su stabilni i imaju trajni negativni naboj e=1,6 x 10-19Cl. Pripadaju obitelji fermiona i leptonskoj skupini. Čestice sudjeluju u slaboj elektromagnetskoj i gravitacijskoj interakciji. Nalaze se u atomima. Čestice koje su izgubile kontakt s atomima su slobodni elektroni.
Masa elektrona je 9,1 x 10-31 kg i 1836 puta je manja od mase protona. Imaju polucijeli spin i magnetski moment. Elektron je označen slovom "e-". Na isti način, ali sa znakom plus, označen je njegov antagonist - pozitronska antičestica.
Stanje elektrona u atomu
Kada je postalo jasno da se atom sastoji od manjih struktura, bilo je potrebno razumjeti kako su točno raspoređene u njemu. Stoga su se krajem 19. stoljeća pojavili prvi modeli atoma. Prema planetarnim modelima, protoni (pozitivno nabijeni) i neutroni (neutralni) čine atomsku jezgru. A oko njega su se elektroni kretali eliptičnim orbitama.
Ove se ideje mijenjaju s pojavom kvantne fizike početkom 20. stoljeća. Louis de Broglie iznosi teoriju da se elektron ne manifestira samo kao čestica, već i kao val. Erwin Schrödinger stvara valni model atoma, gdje su elektroni predstavljeni kao oblak određene gustoće s nabojem.
Gotovo je nemoguće točno odrediti mjesto i putanju elektrona oko jezgre. S tim u vezi uvodi se poseban pojam "orbitala" ili "oblak elektrona", što je prostor najvjerojatnije lokacijeimenovane čestice.
Razine energije
U oblaku oko atoma ima točno onoliko elektrona koliko ima protona u njegovoj jezgri. Svi su na različitim udaljenostima. Najbliži jezgri su elektroni s najmanjom količinom energije. Što više energije imaju čestice, to dalje mogu ići.
Ali oni nisu raspoređeni nasumično, već zauzimaju određene razine koje mogu prihvatiti samo određeni broj čestica. Svaka razina ima svoju količinu energije i podijeljena je na podrazine, a one, pak, na orbitale.
Četiri kvantna broja koriste se za opisivanje karakteristika i rasporeda elektrona na energetskim razinama:
- n - glavni broj koji određuje energiju elektrona (odgovara broju perioda kemijskog elementa);
- l - orbitalni broj koji opisuje oblik elektronskog oblaka (s - sferni, p - oblik osmice, d - djetelina ili dvostruki oblik osmice, f - složeni geometrijski oblik);
- m je magnetski broj koji određuje orijentaciju oblaka u magnetskom polju;
- ms je spin broj koji karakterizira rotaciju elektrona oko svoje osi.
Zaključak
Dakle, elektroni su stabilne negativno nabijene čestice. Oni su elementarni i ne mogu se raspasti na druge elemente. Klasificiraju se kao temeljne čestice, odnosno one koje su dio strukture materije.
Elektroni se kreću oko atomskih jezgri i čine njihovu elektronsku ljusku. Utječu na kemijske, optičke,mehanička i magnetska svojstva raznih tvari. Te čestice sudjeluju u elektromagnetskoj i gravitacijskoj interakciji. Njihovo usmjereno kretanje stvara električnu struju i magnetsko polje.
