Kõik meid ümbritsev planeedil koosneb väikestest tabamatutest osakestest. Elektronid on üks neist. Nende avastus juhtus suhteliselt hiljuti. Ja see avas uusi ideid aatomi struktuuri, elektri edastamise mehhanismide ja kogu maailma struktuuri kohta.
Kuidas jagamatu jagunes
Tänapäeva mõistes on elektronid elementaarosakesed. Need on lahutamatud ega lagune väiksemateks struktuurideks. Kuid selline idee ei olnud alati olemas. Elektronid olid tundmatud kuni 1897. aastani.
Isegi Vana-Kreeka mõtlejad arvasid, et iga asi maailmas, nagu ka hoone, koosneb paljudest mikroskoopilistest "tellistest". Aatomit peeti siis aine väikseimaks ühikuks ja see usk püsis sajandeid.
Arusaam aatomist muutus alles 19. sajandi lõpus. Pärast J. Thomsoni, E. Rutherfordi, H. Lorentzi, P. Zeemani uuringuid tunnistati aatomituumad ja elektronid väikseimateks jagamatuteks osakesteks. Aja jooksul avastati prootonid, neutronid ja veelgi hiljem - neutriinod, kaoonid, pi-mesonid jne.
Nüüd teab teadus tohutut hulka elementaarosakesi, mille hulgas on alati oma koha elektronid.
Uue osakese avastamine
Ajaks, mil aatomis elektronid avastati, olid teadlased elektri ja magnetismi olemasolust juba ammu teadnud. Kuid nende nähtuste tegelik olemus ja kõik omadused jäävad endiselt saladuseks, mis on hõivatud paljude füüsikute meeltes.
Juba 19. sajandi alguses oli teada, et elektromagnetkiirgus levib valguse kiirusel. Ent inglane Joseph Thomson jõudis katoodkiirtega katseid tehes järeldusele, et need koosnevad paljudest väikestest teradest, mille mass on väiksem kui aatommass.
1897. aasta aprillis tegi Thomson ettekande, kus ta tutvustas teadusringkondadele uue osakese sündi aatomis, mida ta nimetas korpuskliks. Hiljem kinnitas Ernest Rutherford fooliumiga tehtud katsete abil oma õpetaja järeldusi ja kehakesed said teise nime – "elektronid".
See avastus ajendas mitte ainult füüsika, vaid ka keemiateaduse arengut. See võimaldas olulisi edusamme elektri ja magnetismi ning ainete omaduste uurimisel ning tõi kaasa ka tuumafüüsika.
Mis on elektron?
Elektronid on kõige kergemad osakesed, millel on elektrilaeng. Meie teadmised nende kohta on endiselt suures osas vastuolulised ja puudulikud. Näiteks tänapäeva mõistes elavad nad igavesti, kuna erinev alt neutronitest ja prootonitest ei lagune nad kunagi (viimaste teoreetiline lagunemisvanus ületab universumi vanuse).
Elektronid on stabiilsed ja neil on püsiv negatiivne laeng e=1,6 x 10-19Cl. Nad kuuluvad fermioonide perekonda ja leptonirühma. Osakesed osalevad nõrgas elektromagnetilises ja gravitatsioonilises vastasmõjus. Neid leidub aatomites. Osakesed, mis on kaotanud kontakti aatomitega, on vabad elektronid.
Elektronite mass on 9,1 x 10-31 kg ja on 1836 korda väiksem kui prootoni mass. Neil on pooltäisarv spin ja magnetmoment. Elektroni tähistatakse tähega "e-". Samamoodi, kuid plussmärgiga, on näidatud selle antagonist - positroni antiosake.
Elektronite olek aatomis
Kui sai selgeks, et aatom koosneb väiksematest struktuuridest, oli vaja aru saada, kuidas need selles täpselt paiknevad. Seetõttu ilmusid 19. sajandi lõpus esimesed aatomimudelid. Planetaarsete mudelite kohaselt moodustasid aatomituuma prootonid (positiivselt laetud) ja neutronid (neutraalsed). Ja selle ümber liikusid elektronid elliptilistel orbiitidel.
Need ideed muutuvad koos kvantfüüsika tulekuga 20. sajandi alguses. Louis de Broglie esitab teooria, mille kohaselt elektron ei avaldu mitte ainult osakesena, vaid ka lainena. Erwin Schrödinger loob aatomi lainemudeli, kus elektronid on kujutatud teatud tihedusega pilvena koos laenguga.
Tuuma ümbritsevate elektronide asukohta ja trajektoori on peaaegu võimatu täpselt määrata. Sellega seoses võetakse kasutusele spetsiaalne mõiste "orbitaal" või "elektronpilv", mis on kõige tõenäolisema asukoha ruum.nimega osakesed.
Energiatasemed
Aatomit ümbritsevas pilves on täpselt nii palju elektrone kui selle tuumas on prootoneid. Kõik need asuvad erineval kaugusel. Tuumale kõige lähemal asuvad elektronid, millel on kõige vähem energiat. Mida rohkem energiat on osakestel, seda kaugemale nad jõuavad.
Kuid need ei ole paigutatud juhuslikult, vaid hõivavad teatud tasemed, mis mahutavad ainult teatud arvu osakesi. Igal tasandil on oma energiahulk ja see jaguneb alamtasanditeks ja need omakorda orbitaalideks.
Elektronide karakteristikute ja energiatasemetel paiknemise kirjeldamiseks kasutatakse nelja kvantarvu:
- n - põhiarv, mis määrab elektroni energia (vastab keemilise elemendi perioodi arvule);
- l – orbitaalarv, mis kirjeldab elektronipilve kuju (s – sfääriline, p – kaheksakujuline, d – ristik või topeltkaheksa kuju, f – keeruline geomeetriline kujund);
- m on magnetarv, mis määrab pilve orientatsiooni magnetväljas;
- ms on pöörlemisarv, mis iseloomustab elektronide pöörlemist ümber oma telje.
Järeldus
Niisiis, elektronid on stabiilsed negatiivselt laetud osakesed. Need on elementaarsed ega saa laguneda teisteks elementideks. Neid klassifitseeritakse põhiosakesteks, st aineteks, mis on osa aine struktuurist.
Elektronid liiguvad ümber aatomituuma ja moodustavad nende elektronkihi. Need mõjutavad keemilisi, optilisi,erinevate ainete mehaanilised ja magnetilised omadused. Need osakesed osalevad elektromagnetilises ja gravitatsioonilises vastasmõjus. Nende suunatud liikumine loob elektrivoolu ja magnetvälja.
