Электроны - гэта што? Ўласцівасці і гісторыя адкрыцця электронаў

Усе вакол нас на планеце складаецца з маленькіх, няўлоўных для зроку часціц. Электроны - гэта адны з іх. Іх адкрыццё адбылося адносна нядаўна. І яно адкрыла новыя ўяўленні аб структуры атама, механізмах перадачы электрычнасці і прылады свету ў цэлым.

Як дзялілі непадзельнае

У сучасным разуменні электроны - гэта элементарныя часціцы. Яны з'яўляюцца цэласнымі і ня расколваюцца на больш дробныя структуры. Але такое ўяўленне існавала не заўсёды. Да 1897 года аб электронах не мелі ніякага паняцця.

Яшчэ мысляры Старажытнай Грэцыі здагадваліся пра тое, што кожная рэч на свеце, падобна будынка, складаецца з мноства мікраскапічных «цаглінак». Найменшай адзінкай рэчывы тады лічыўся атам, і гэта перакананне захоўвалася стагоддзямі.

Ўяўленне пра атаме змяніліся толькі ў канцы XIX стагоддзя. Пасля даследаванняў Дж. Томсана, Э. Рэзерфорда, Х. Лорэнца, П. Зеемана, драбнюткімі непадзельнымі часціцамі былі прызнаныя атамныя ядра і электроны. З часам былі адкрыты пратоны, нейтроны, а яшчэ пазней - нейтрына, каоны, пі-мезоны і т. Д.

Зараз навуцы вядома велізарная колькасць элементарных часціц, сваё месца сярод якіх нязменна займаюць і электроны.

Адкрыццё новай часціцы

Да моманту, калі былі адкрытыя электроны ў атаме, навукоўцы даўно ведалі пра існаванне электрычнасці і магнетызму. Але сапраўдная прырода і поўныя ўласцівасці гэтых з'яў дагэтуль застаюцца загадкай, займаючы розумы многіх фізікаў.

Ужо ў пачатку XIX стагоддзя было вядома, што распаўсюджванне электрамагнітнага выпраменьвання адбываецца з хуткасцю святла. Аднак ангелец Джозэф Томсан, праводзячы досведы з катоднымі прамянямі, заключыў, што яны складаюцца з мноства дробных макулінак, маса якіх менш атамнай.

У красавіку 1897 гады Томсан выступіў з дакладам, дзе і прадставіў навуковаму супольнасці нараджэнне новай часціцы ў складзе атама, якую ён назваў корпускул. Пазней Эрнэст Радэрфорд пры дапамозе эксперыментаў з фальгой пацвердзіў высновы свайго настаўніка, а корпускул далі іншую назву - «электроны».

Гэта адкрыццё падштурхнула развіццё не толькі фізічнай, але і хімічнай навукі. Яно дало магчымасць значна рушыць наперад у вывучэнні электрычнасці і магнетызму, уласцівасцяў рэчываў, а таксама дало пачатак ядзернай фізіцы.

Што ж такое электрон?

Электроны - гэта найбольш лёгкія часціцы, якія валодаюць электрычным зарадам. Нашы веды пра іх да гэтага часу застаюцца шмат у чым супярэчлівымі і няпоўнымі. Напрыклад, у сучасных уяўленнях яны жывуць вечна, бо ніколі не распадаюцца, у адрозненне ад нейтронаў і пратонаў (тэарэтычны ўзрост распаду апошніх перавышае ўзрост Сусвету).

Электроны стабільныя і валодаюць сталым адмоўным зарадам е = 1,6 х 10 ^-19 Кл. Іх адносяць да сям'і фермионов і групе лептонов. Часціцы ўдзельнічаюць у слабым электрамагнітным і гравітацыйным узаемадзеянні. Яны знаходзяцца ў складзе атамаў. Часціцы, якія страцілі сувязь з атамамі, - свабодныя электроны.

Маса электронаў складае 9,1 х 10 ^-31 кг і з'яўляецца ў 1836 разоў менш масы пратона. Яны валодаюць полуцелым і спінам, і магнітным момантам. Электрон пазначаецца літарай "е ^-". Гэтак жа, але са знакам плюс, пазначаецца яго антаганіст - антычасцінка пазітронна.

Стан электронаў у атаме

Калі высветлілася, што атам складаецца з больш дробных структур, трэба было зразумець, як менавіта яны размяшчаюцца ў ім. Таму ў канцы XIX стагоддзі з'яўляюцца першыя мадэлі атама. Згодна з планетарнымі мадэлям, пратоны (станоўча зараджаныя) і нейтроны (нейтральныя) складалі атамная ядро. А вакол яго па эліптычных арбітах рухаліся электроны.

Гэтыя ўяўленні мяняюцца са з'яўленнем квантавай фізікі ў пачатку XX стагоддзя. Луі дэ Бройлем вылучае тэорыю пра тое, што электрон праяўляе сябе не толькі як часціца, але і як хваля. Эрвін Шредингер стварае хвалевую мадэль атама, дзе электроны прадстаўляюцца ў выглядзе воблака пэўнай шчыльнасці з зарадам.

Дакладна вызначыць размяшчэнне і траекторыю руху электронаў вакол ядра практычна немагчыма. У сувязі з гэтым ўводзіцца спецыяльнае паняцце «арбіталей» або «электроннае воблака», якое з'яўляецца прасторай найбольш верагоднага размяшчэння названых часціц.

энергетычныя ўзроўні

Электронаў у воблаку вакол атама роўна столькі, колькі і пратонаў у яго ядры. Усе яны знаходзяцца на рознай адлегласці. Бліжэй за ўсё да ядра размешчаны электроны з найменшай колькасцю энергіі. Чым больш энергіі знаходзіцца ў часціцах, тым далей яны могуць знаходзіцца.

Але размяшчаюцца яны не хаатычна, а займаюць канкрэтныя ўзроўні, якія месцяць толькі пэўную колькасць часціц. Кожны ўзровень валодае сваім колькасцю энергіі і падзяляецца на подуровней, а тыя, у сваю чаргу, на арбіталь.

Для апісання характарыстык і размяшчэння электронаў на энергетычных узроўнях выкарыстоўваюцца чатыры квантавых колькасці :

• n - галоўнае лік, якое вызначае запас энергіі электрона (адпавядае нумару перыяду хімічнага элемента);
• l - арбітальнае лік, якое апісвае форму электроннага аблокі (s - сферычная, p - форма васьмёркі, d - форма канюшыны ці двайны васьмёркі, f - складаная геаметрычная форма);
• m - магнітнае лік, якое вызначае арыентацыю воблака ў магнітным полі;
• ms - спінавай лік, якое характарызуе зварот электронаў вакол сваёй восі.

заключэнне

Такім чынам, электроны - гэта стабільныя адмоўна зараджаныя часціцы. Яны элементарныя і не могуць распадацца на іншыя элементы. Іх адносяць да фундаментальных часціцам, гэта значыць такім, якія ўваходзяць у структуру рэчывы.

Электроны рухаюцца вакол атамных ядраў і складаюць іх электронную абалонку. Яны ўплываюць на хімічныя, аптычныя, механічныя і магнітныя ўласцівасці розных рэчываў. Гэтыя часціцы ўдзельнічаюць у электрамагнітным і гравітацыйным узаемадзеянні. Іх накіраваны рух стварае электрычны ток і магнітнае поле.