Τα πάντα γύρω μας στον πλανήτη αποτελούνται από μικρά, άπιαστα σωματίδια. Τα ηλεκτρόνια είναι ένα από αυτά. Η ανακάλυψή τους έγινε σχετικά πρόσφατα. Και άνοιξε νέες ιδέες για τη δομή του ατόμου, τους μηχανισμούς μετάδοσης ηλεκτρικής ενέργειας και τη δομή του κόσμου συνολικά.
Πώς χωρίστηκε το αδιαίρετο
Με τη σύγχρονη έννοια, τα ηλεκτρόνια είναι στοιχειώδη σωματίδια. Είναι αναπόσπαστα και δεν σπάνε σε μικρότερες δομές. Όμως μια τέτοια ιδέα δεν υπήρχε πάντα. Τα ηλεκτρόνια ήταν άγνωστα μέχρι το 1897.
Ακόμη και οι στοχαστές της Αρχαίας Ελλάδας μάντευαν ότι κάθε πράγμα στον κόσμο, όπως ένα κτίριο, αποτελείται από πολλά μικροσκοπικά «τούβλα». Το άτομο θεωρούνταν τότε η μικρότερη μονάδα ύλης και αυτή η πεποίθηση παρέμεινε για αιώνες.
Η έννοια του ατόμου άλλαξε μόλις στα τέλη του 19ου αιώνα. Μετά τις μελέτες των J. Thomson, E. Rutherford, H. Lorentz, P. Zeeman, οι ατομικοί πυρήνες και τα ηλεκτρόνια αναγνωρίστηκαν ως τα μικρότερα αδιαίρετα σωματίδια. Με την πάροδο του χρόνου, ανακαλύφθηκαν πρωτόνια, νετρόνια και ακόμη αργότερα - νετρίνα, καόνια, πι-μεσόνια κ.λπ..
Τώρα η επιστήμη γνωρίζει έναν τεράστιο αριθμό στοιχειωδών σωματιδίων, μεταξύ των οποίων τη θέση τους καταλαμβάνουν πάντα τα ηλεκτρόνια.
Ανακάλυψη ενός νέου σωματιδίου
Μέχρι τη στιγμή που ανακαλύφθηκαν τα ηλεκτρόνια στο άτομο, οι επιστήμονες γνώριζαν από καιρό την ύπαρξη ηλεκτρισμού και μαγνητισμού. Αλλά η αληθινή φύση και οι πλήρεις ιδιότητες αυτών των φαινομένων εξακολουθούν να παραμένουν ένα μυστήριο, απασχολώντας το μυαλό πολλών φυσικών.
Ήδη στις αρχές του 19ου αιώνα, ήταν γνωστό ότι η διάδοση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας συμβαίνει με την ταχύτητα του φωτός. Ωστόσο, ο Άγγλος Joseph Thomson, πραγματοποιώντας πειράματα με καθοδικές ακτίνες, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι αποτελούνται από πολλούς μικρούς κόκκους, η μάζα των οποίων είναι μικρότερη από την ατομική.
Τον Απρίλιο του 1897, ο Thomson έκανε μια παρουσίαση, όπου παρουσίασε στην επιστημονική κοινότητα τη γέννηση ενός νέου σωματιδίου στο άτομο, το οποίο ονόμασε σωματίδιο. Αργότερα, ο Ernest Rutherford, με τη βοήθεια πειραμάτων με αλουμινόχαρτο, επιβεβαίωσε τα συμπεράσματα του δασκάλου του και τα σώματα έλαβαν ένα διαφορετικό όνομα - "ηλεκτρόνια".
Αυτή η ανακάλυψη ώθησε την ανάπτυξη όχι μόνο της φυσικής αλλά και της χημικής επιστήμης. Επέτρεψε σημαντική πρόοδο στη μελέτη του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού, των ιδιοτήτων των ουσιών και επίσης οδήγησε στην πυρηνική φυσική.
Τι είναι ένα ηλεκτρόνιο;
Τα ηλεκτρόνια είναι τα ελαφρύτερα σωματίδια που έχουν ηλεκτρικό φορτίο. Οι γνώσεις μας γι' αυτά είναι ακόμη σε μεγάλο βαθμό αντιφατικές και ελλιπείς. Για παράδειγμα, στις σύγχρονες έννοιες, ζουν για πάντα, αφού δεν διασπώνται ποτέ, σε αντίθεση με τα νετρόνια και τα πρωτόνια (η θεωρητική ηλικία διάσπασης των τελευταίων υπερβαίνει την ηλικία του Σύμπαντος).
Τα ηλεκτρόνια είναι σταθερά και έχουν μόνιμο αρνητικό φορτίο e=1,6 x 10-19Cl. Ανήκουν στην οικογένεια των φερμιονίων και στην ομάδα των λεπτονίων. Τα σωματίδια συμμετέχουν σε ασθενή ηλεκτρομαγνητική και βαρυτική αλληλεπίδραση. Βρίσκονται στα άτομα. Τα σωματίδια που έχουν χάσει την επαφή με τα άτομα είναι ελεύθερα ηλεκτρόνια.
Η μάζα των ηλεκτρονίων είναι 9,1 x 10-31 kg και είναι 1836 φορές μικρότερη από τη μάζα ενός πρωτονίου. Έχουν μισό ακέραιο σπιν και μαγνητική ροπή. Ένα ηλεκτρόνιο συμβολίζεται με το γράμμα "e-". Με τον ίδιο τρόπο, αλλά με πρόσημο συν, υποδεικνύεται ο ανταγωνιστής του - το αντισωματίδιο ποζιτρονίου.
Η κατάσταση των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο
Όταν έγινε σαφές ότι το άτομο αποτελείται από μικρότερες δομές, ήταν απαραίτητο να κατανοήσουμε πώς ακριβώς είναι διατεταγμένες σε αυτό. Ως εκ τούτου, στα τέλη του 19ου αιώνα, εμφανίστηκαν τα πρώτα μοντέλα του ατόμου. Σύμφωνα με τα Πλανητικά μοντέλα, τα πρωτόνια (θετικά φορτισμένα) και τα νετρόνια (ουδέτερα) αποτελούσαν τον ατομικό πυρήνα. Και γύρω του, τα ηλεκτρόνια κινήθηκαν σε ελλειπτικές τροχιές.
Αυτές οι ιδέες αλλάζουν με την έλευση της κβαντικής φυσικής στις αρχές του 20ου αιώνα. Ο Louis de Broglie προβάλλει τη θεωρία ότι το ηλεκτρόνιο εκδηλώνεται όχι μόνο ως σωματίδιο, αλλά και ως κύμα. Ο Erwin Schrödinger δημιουργεί ένα κυματικό μοντέλο ενός ατόμου, όπου τα ηλεκτρόνια αντιπροσωπεύονται ως ένα νέφος ορισμένης πυκνότητας με φορτίο.
Είναι σχεδόν αδύνατο να προσδιοριστεί με ακρίβεια η θέση και η τροχιά των ηλεκτρονίων γύρω από τον πυρήνα. Από αυτή την άποψη, εισάγεται μια ειδική έννοια του «τροχιακού» ή «νέφους ηλεκτρονίων», που είναι ο χώρος της πιο πιθανής τοποθεσίας.επώνυμα σωματίδια.
Επίπεδα ενέργειας
Υπάρχουν ακριβώς τόσα ηλεκτρόνια στο νέφος γύρω από ένα άτομο όσα πρωτόνια στον πυρήνα του. Όλοι τους βρίσκονται σε διαφορετικές αποστάσεις. Πιο κοντά στον πυρήνα είναι τα ηλεκτρόνια με τη μικρότερη ποσότητα ενέργειας. Όσο περισσότερη ενέργεια έχουν τα σωματίδια, τόσο μακρύτερα μπορούν να πάνε.
Αλλά δεν είναι διατεταγμένα τυχαία, αλλά καταλαμβάνουν συγκεκριμένα επίπεδα που μπορούν να φιλοξενήσουν μόνο έναν ορισμένο αριθμό σωματιδίων. Κάθε επίπεδο έχει τη δική του ποσότητα ενέργειας και χωρίζεται σε υποεπίπεδα, και αυτά, με τη σειρά τους, σε τροχιακά.
Τέσσερις κβαντικοί αριθμοί χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν τα χαρακτηριστικά και τη διάταξη των ηλεκτρονίων σε ενεργειακά επίπεδα:
- n - ο κύριος αριθμός που καθορίζει την ενέργεια του ηλεκτρονίου (αντιστοιχεί στον αριθμό της περιόδου του χημικού στοιχείου);
- l - τροχιακός αριθμός που περιγράφει το σχήμα του νέφους ηλεκτρονίων (s - σφαιρικό, σχήμα p - οκτώ, d - σχήμα τριφυλλιού ή διπλό οκτώ, f - σύνθετο γεωμετρικό σχήμα);
- m είναι ένας μαγνητικός αριθμός που καθορίζει τον προσανατολισμό του νέφους σε ένα μαγνητικό πεδίο.
- ms είναι ένας αριθμός σπιν που χαρακτηρίζει την περιστροφή των ηλεκτρονίων γύρω από τον άξονά του.
Το
Το
Συμπέρασμα
Έτσι, τα ηλεκτρόνια είναι σταθερά αρνητικά φορτισμένα σωματίδια. Είναι στοιχειώδεις και δεν μπορούν να διασπαστούν σε άλλα στοιχεία. Ταξινομούνται ως θεμελιώδη σωματίδια, δηλαδή εκείνα που αποτελούν μέρος της δομής της ύλης.
Τα ηλεκτρόνια κινούνται γύρω από τους ατομικούς πυρήνες και αποτελούν το ηλεκτρονιακό τους κέλυφος. Επηρεάζουν τα χημικά, οπτικά,μηχανικές και μαγνητικές ιδιότητες διαφόρων ουσιών. Αυτά τα σωματίδια συμμετέχουν στην ηλεκτρομαγνητική και βαρυτική αλληλεπίδραση. Η κατευθυντική κίνησή τους δημιουργεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα και ένα μαγνητικό πεδίο.
