Viskas aplink mus planetoje susideda iš mažų, sunkiai suvokiamų dalelių. Elektronai yra vienas iš jų. Jų atradimas įvyko palyginti neseniai. Ir tai atvėrė naujų idėjų apie atomo sandarą, elektros perdavimo mechanizmus ir viso pasaulio sandarą.
Kaip buvo padalintas nedalumas
Šiuolaikine prasme elektronai yra elementariosios dalelės. Jos yra vientisos ir neskyla į smulkesnes struktūras. Tačiau tokia idėja egzistavo ne visada. Elektronai buvo nežinomi iki 1897 m.
Net Senovės Graikijos mąstytojai spėjo, kad kiekvienas daiktas pasaulyje, kaip ir pastatas, susideda iš daugybės mikroskopinių „plytų“. Tada atomas buvo laikomas mažiausiu materijos vienetu, ir šis įsitikinimas išliko šimtmečius.
Atomo samprata pasikeitė tik XIX amžiaus pabaigoje. Po J. Thomsono, E. Rutherfordo, H. Lorentzo, P. Zeemano tyrimų atomų branduoliai ir elektronai buvo pripažinti mažiausiomis nedalomomis dalelėmis. Laikui bėgant buvo atrasti protonai, neutronai, o dar vėliau – neutrinai, kaonai, pi-mezonai ir kt.
Dabar mokslas žino daugybę elementariųjų dalelių, tarp kurių savo vietą nuolat užima elektronai.
Naujos dalelės atradimas
Kai atome buvo atrasti elektronai, mokslininkai jau seniai žinojo apie elektros ir magnetizmo egzistavimą. Tačiau tikroji šių reiškinių prigimtis ir visos savybės vis dar lieka paslaptimi, užvaldanti daugelio fizikų protus.
Jau XIX amžiaus pradžioje buvo žinoma, kad elektromagnetinė spinduliuotė sklinda šviesos greičiu. Tačiau anglas Josephas Thomsonas, atlikdamas eksperimentus su katodiniais spinduliais, padarė išvadą, kad juos sudaro daug mažų grūdelių, kurių masė mažesnė nei atominė.
1897 m. balandžio mėn. Thomsonas pristatė pranešimą, kuriame mokslo bendruomenei pristatė naujos dalelės, kurią jis pavadino korpusu, gimimą atome. Vėliau Ernestas Rutherfordas, naudodamasis eksperimentais su folija, patvirtino savo mokytojo išvadas ir korpusams buvo suteiktas kitas pavadinimas – „elektronai“.
Šis atradimas paskatino ne tik fizinio, bet ir cheminio mokslo plėtrą. Tai leido padaryti didelę pažangą tiriant elektros energiją ir magnetizmą, medžiagų savybes, taip pat paskatino branduolinę fiziką.
Kas yra elektronas?
Elektronai yra lengviausios dalelės, turinčios elektros krūvį. Mūsų žinios apie juos vis dar iš esmės prieštaringos ir neišsamios. Pavyzdžiui, šiuolaikinėmis sąvokomis jie gyvena amžinai, nes niekada nesuyra, skirtingai nei neutronai ir protonai (teorinis pastarųjų skilimo amžius viršija Visatos amžių).
Elektronai yra stabilūs ir turi nuolatinį neigiamą krūvį e=1,6 x 10-19Cl. Jie priklauso fermionų šeimai ir leptonų grupei. Dalelės dalyvauja silpnoje elektromagnetinėje ir gravitacinėje sąveikoje. Jie randami atomuose. Dalelės, kurios prarado ryšį su atomais, yra laisvieji elektronai.
Elektronų masė yra 9,1 x 10-31 kg ir yra 1836 kartus mažesnė už protono masę. Jie turi pusės sveikojo skaičiaus sukimąsi ir magnetinį momentą. Elektronas žymimas raide „e-“. Lygiai taip pat, bet su pliuso ženklu, nurodomas jo antagonistas – pozitroninė antidalelė.
Elektronų būsena atome
Kai paaiškėjo, kad atomas susideda iš mažesnių struktūrų, reikėjo tiksliai suprasti, kaip jos jame išsidėsčiusios. Todėl XIX amžiaus pabaigoje pasirodė pirmieji atomo modeliai. Pagal planetų modelius, protonai (teigiamai įkrauti) ir neutronai (neutralūs) sudarė atomo branduolį. O aplink jį elektronai judėjo elipsinėmis orbitomis.
Šios idėjos keičiasi XX amžiaus pradžioje atsiradus kvantinei fizikai. Louis de Broglie iškelia teoriją, kad elektronas pasireiškia ne tik kaip dalelė, bet ir kaip banga. Erwinas Schrödingeris sukuria atomo bangų modelį, kuriame elektronai vaizduojami kaip tam tikro tankio debesis su krūviu.
Tiksliai nustatyti aplink branduolį esančių elektronų vietą ir trajektoriją beveik neįmanoma. Šiuo atžvilgiu įvedama speciali „orbitos“arba „elektronų debesies“sąvoka, kuri yra labiausiai tikėtinos vietos erdvė.pavadintos dalelės.
Energijos lygiai
Debesyje aplink atomą yra lygiai tiek elektronų, kiek jo branduolyje yra protonų. Visi jie yra skirtingais atstumais. Arčiausiai branduolio yra elektronai, turintys mažiausią energijos kiekį. Kuo daugiau dalelės turi energijos, tuo toliau jos gali eiti.
Bet jie nėra išsidėstę atsitiktinai, o užima tam tikrus lygius, kuriuose telpa tik tam tikras dalelių skaičius. Kiekvienas lygis turi savo energijos kiekį ir yra padalintas į polygius, o šie, savo ruožtu, į orbitas.
Keturi kvantiniai skaičiai naudojami elektronų charakteristikoms ir išsidėstymui energijos lygiuose apibūdinti:
- n - pagrindinis skaičius, lemiantis elektrono energiją (atitinka cheminio elemento periodo skaičių);
- l – orbitos skaičius, apibūdinantis elektronų debesies formą (s – sferinė, p – aštuonių forma, d – dobilo arba dvigubo aštuoneto forma, f – sudėtinga geometrinė forma);
- m yra magnetinis skaičius, nustatantis debesies orientaciją magnetiniame lauke;
- ms yra sukimosi skaičius, apibūdinantis elektronų sukimąsi aplink savo ašį.
Išvada
Taigi, elektronai yra stabilios neigiamo krūvio dalelės. Jie yra elementarūs ir negali suirti į kitus elementus. Jos klasifikuojamos kaip pagrindinės dalelės, tai yra tos, kurios yra materijos struktūros dalis.
Elektronai juda aplink atomų branduolius ir sudaro jų elektronų apvalkalą. Jie veikia cheminius, optinius,įvairių medžiagų mechaninės ir magnetinės savybės. Šios dalelės dalyvauja elektromagnetinėje ir gravitacinėje sąveikoje. Jų kryptingas judėjimas sukuria elektros srovę ir magnetinį lauką.
