Всичко около нас на планетата се състои от малки, неуловими частици. Електроните са едни от тях. Откритието им се случи сравнително наскоро. И отвори нови идеи за структурата на атома, механизмите за предаване на електричество и структурата на света като цяло.
Как беше разделено неделимото
В съвременния смисъл, електроните са елементарни частици. Те са интегрални и не се разпадат на по-малки структури. Но такава идея не винаги е съществувала. Електроните са били неизвестни до 1897 г.
Дори мислителите на Древна Гърция са предполагали, че всяко нещо в света, като сграда, се състои от много микроскопични "тухли". Тогава атомът се смяташе за най-малката единица материя и това вярване се запази в продължение на векове.
Представата за атома се променя едва в края на 19-ти век. След изследванията на Дж. Томсън, Е. Ръдърфорд, Х. Лоренц, П. Зееман, атомните ядра и електроните са признати за най-малките неделими частици. С течение на времето бяха открити протони, неутрони, а дори и по-късно - неутрино, каони, пи-мезони и др.
Сега науката познава огромен брой елементарни частици, сред които електроните неизменно заемат своето място.
Откриване на нова частица
До момента, в който електроните са били открити в атома, учените отдавна са знаели за съществуването на електричество и магнетизъм. Но истинската природа и пълните свойства на тези явления все още остават загадка, занимаваща умовете на много физици.
Още в началото на 19-ти век беше известно, че разпространението на електромагнитно лъчение става със скоростта на светлината. Англичанинът Джоузеф Томсън обаче, провеждайки експерименти с катодни лъчи, стигна до заключението, че те се състоят от много малки зърна, чиято маса е по-малка от атомната.
През април 1897 г. Томсън прави презентация, където представя на научната общност раждането на нова частица в атома, която той нарича корпускула. По-късно Ърнест Ръдърфорд, с помощта на експерименти с фолио, потвърждава заключенията на своя учител и корпускулите получават друго име - "електрони".
Това откритие стимулира развитието не само на физическата, но и на химическата наука. Той позволи значителен напредък в изучаването на електричеството и магнетизма, свойствата на веществата и също така даде началото на ядрената физика.
Какво е електрон?
Електроните са най-леките частици, които имат електрически заряд. Нашите познания за тях все още са до голяма степен противоречиви и непълни. Например, в съвременните концепции те живеят вечно, тъй като никога не се разпадат, за разлика от неутроните и протоните (теоретичната възраст на разпада на последните надвишава възрастта на Вселената).
Електроните са стабилни и имат постоянен отрицателен заряд e=1,6 x 10-19кл. Те принадлежат към семейството на фермионите и лептонната група. Частиците участват в слабо електромагнитно и гравитационно взаимодействие. Те се намират в атомите. Частиците, които са загубили контакт с атомите, са свободни електрони.
Масата на електроните е 9,1 x 10-31 kg и е 1836 пъти по-малка от масата на протон. Те имат полу-цяло число на въртене и магнитен момент. Електронът се обозначава с буквата "e-". По същия начин, но със знак плюс, е посочен неговият антагонист - позитронната античастица.
Състоянието на електроните в атома
Когато стана ясно, че атомът се състои от по-малки структури, беше необходимо да се разбере как точно са подредени в него. Затова в края на 19 век се появяват първите модели на атома. Според планетарните модели, протоните (положително заредени) и неутроните (неутрални) съставляват атомното ядро. А около него електроните се движеха по елиптични орбити.
Тези идеи се променят с навлизането на квантовата физика в началото на 20-ти век. Луи дьо Бройл излага теорията, че електронът се проявява не само като частица, но и като вълна. Ервин Шрьодингер създава вълнов модел на атом, където електроните са представени като облак с определена плътност със заряд.
Почти невъзможно е да се определи точно местоположението и траекторията на електроните около ядрото. В тази връзка се въвежда специално понятие за "орбитален" или "електронен облак", което е пространството на най-вероятното местоположениенаименувани частици.
Енергийни нива
Има точно толкова електрони в облака около един атом, колкото има протони в неговото ядро. Всички те са на различни разстояния. Най-близо до ядрото са електроните с най-малко количество енергия. Колкото повече енергия имат частиците, толкова по-далеч могат да отидат.
Но те не са подредени на случаен принцип, а заемат специфични нива, които могат да поемат само определен брой частици. Всяко ниво има собствено количество енергия и е разделено на поднива, а тези от своя страна на орбитали.
Четири квантови числа се използват за описване на характеристиките и подреждането на електроните на енергийни нива:
- n - основното число, което определя енергията на електрона (съответства на номера на периода на химичния елемент);
- l - орбитално число, което описва формата на електронния облак (s - сферична, p - форма на осем, d - детелина или двойна осмица, f - сложна геометрична форма);
- m е магнитно число, което определя ориентацията на облака в магнитно поле;
- ms е число на въртене, което характеризира въртенето на електроните около оста му.
Заключение
И така, електроните са стабилни отрицателно заредени частици. Те са елементарни и не могат да се разпаднат в други елементи. Те са класифицирани като фундаментални частици, тоест тези, които са част от структурата на материята.
Електроните се движат около атомните ядра и изграждат тяхната електронна обвивка. Те влияят на химически, оптични,механични и магнитни свойства на различни вещества. Тези частици участват в електромагнитно и гравитационно взаимодействие. Тяхното насочено движение създава електрически ток и магнитно поле.
