Vse okoli nas na planetu je sestavljeno iz majhnih, izmuzljivih delcev. Eden izmed njih so elektroni. Njihovo odkritje se je zgodilo relativno nedavno. In odprla je nove ideje o zgradbi atoma, mehanizmih za prenos električne energije in strukturi sveta kot celote.
Kako je bilo razdeljeno nedeljivo
V sodobnem smislu so elektroni osnovni delci. So integralni in se ne razbijejo v manjše strukture. Toda taka ideja ni vedno obstajala. Elektroni so bili neznani do leta 1897.
Tudi misleci antične Grčije so ugibali, da je vsaka stvar na svetu, tako kot zgradba, sestavljena iz številnih mikroskopskih "opek". Atom je takrat veljal za najmanjšo enoto snovi in to prepričanje se je ohranilo stoletja.
Pojem atoma se je spremenil šele ob koncu 19. stoletja. Po študijah J. Thomsona, E. Rutherforda, H. Lorentza, P. Zeemana so bila atomska jedra in elektroni prepoznani kot najmanjši nedeljivi delci. Sčasoma so bili odkriti protoni, nevtroni in še kasneje - nevtrini, kaoni, pi-mezoni itd.
Zdaj znanost pozna ogromno elementarnih delcev, med katerimi vedno svoje mesto zasedajo elektroni.
Odkritje novega delca
V času, ko so bili v atomu odkriti elektroni, so znanstveniki že dolgo vedeli za obstoj elektrike in magnetizma. Toda resnična narava in vse lastnosti teh pojavov še vedno ostajajo skrivnost, ki zavzemajo misli mnogih fizikov.
Že v začetku 19. stoletja je bilo znano, da se elektromagnetno sevanje širi s svetlobno hitrostjo. Vendar je Anglež Joseph Thomson, ki je izvajal poskuse s katodnimi žarki, ugotovil, da so sestavljeni iz številnih majhnih zrnc, katerih masa je manjša od atomske.
Aprila 1897 je Thomson naredil predstavitev, kjer je znanstveni skupnosti predstavil rojstvo novega delca v atomu, ki ga je imenoval korpuskula. Kasneje je Ernest Rutherford s pomočjo poskusov s folijo potrdil sklepe svojega učitelja, korpuskule pa so dobile drugačno ime - "elektroni".
To odkritje je spodbudilo razvoj ne le fizikalne, ampak tudi kemijske znanosti. Omogočil je pomemben napredek pri preučevanju elektrike in magnetizma, lastnosti snovi in je povzročil tudi jedrsko fiziko.
Kaj je elektron?
Elektroni so najlažji delci, ki imajo električni naboj. Naše znanje o njih je še vedno v veliki meri protislovno in nepopolno. Na primer, v sodobnih konceptih živijo večno, saj nikoli ne razpadejo, za razliko od nevtronov in protonov (teoretična starost razpada slednjih presega starost vesolja).
Elektroni so stabilni in imajo trajni negativni naboj e=1,6 x 10-19Cl. Spadajo v družino fermionov in skupino leptonov. Delci sodelujejo v šibki elektromagnetni in gravitacijski interakciji. Najdemo jih v atomih. Delci, ki so izgubili stik z atomi, so prosti elektroni.
Masa elektronov je 9,1 x 10-31 kg in je 1836-krat manjša od mase protona. Imajo polcelo število vrtljajev in magnetni moment. Elektron je označen s črko "e-". Na enak način, vendar z znakom plus, je označen njegov antagonist - pozitronski antidelec.
Stanje elektronov v atomu
Ko je postalo jasno, da je atom sestavljen iz manjših struktur, je bilo treba natančno razumeti, kako so v njem razporejene. Zato so se konec 19. stoletja pojavili prvi modeli atoma. Glede na planetarne modele so protoni (pozitivno nabiti) in nevtroni (nevtralni) sestavljali atomsko jedro. In okoli njega so se elektroni premikali po eliptičnih orbitah.
Te ideje se spremenijo s prihodom kvantne fizike na začetku 20. stoletja. Louis de Broglie postavlja teorijo, da se elektron ne kaže le kot delec, ampak tudi kot val. Erwin Schrödinger ustvari valovni model atoma, kjer so elektroni predstavljeni kot oblak določene gostote z nabojem.
Skoraj nemogoče je natančno določiti lokacijo in trajektorijo elektronov okoli jedra. V zvezi s tem se uvaja poseben koncept "orbitala" ali "elektronski oblak", ki je prostor najverjetnejše lokacijeimenovani delci.
Energijske ravni
V oblaku okoli atoma je natanko toliko elektronov, kolikor je protonov v njegovem jedru. Vsi so na različnih razdaljah. Najbližje jedru so elektroni z najmanjšo količino energije. Več energije kot imajo delci, dlje lahko gredo.
Vendar niso razporejeni naključno, ampak zasedajo določene ravni, ki lahko sprejmejo le določeno število delcev. Vsaka raven ima svojo količino energije in je razdeljena na podravni, te pa na orbitale.
Za opis značilnosti in razporeditve elektronov na energijskih ravneh se uporabljajo štiri kvantna števila:
- n - glavno število, ki določa energijo elektrona (ustreza številki obdobja kemičnega elementa);
- l - orbitalna številka, ki opisuje obliko elektronskega oblaka (s - sferična, p - osmica oblika, d - detelja ali dvojna osmica, f - kompleksna geometrijska oblika);
- m je magnetno število, ki določa orientacijo oblaka v magnetnem polju;
- ms je vrtilna številka, ki označuje vrtenje elektronov okoli svoje osi.
Sklep
Torej so elektroni stabilni negativno nabiti delci. So elementarni in se ne morejo razkrojiti v druge elemente. Uvrščamo jih med temeljne delce, torej tiste, ki so del strukture snovi.
Elektroni se gibljejo okoli atomskih jeder in sestavljajo njihovo elektronsko lupino. Vplivajo na kemično, optično,mehanske in magnetne lastnosti različnih snovi. Ti delci sodelujejo pri elektromagnetni in gravitacijski interakciji. Njihovo usmerjeno gibanje ustvarja električni tok in magnetno polje.
