Alles om ons heen op de planeet bestaat uit kleine, ongrijpbare deeltjes. Elektronen zijn er een van. Hun ontdekking gebeurde relatief recent. En het opende nieuwe ideeën over de structuur van het atoom, de mechanismen voor het overbrengen van elektriciteit en de structuur van de wereld als geheel.
Hoe het ondeelbare werd verdeeld
In de moderne zin zijn elektronen elementaire deeltjes. Ze zijn integraal en vallen niet uiteen in kleinere structuren. Maar zo'n idee bestond niet altijd. Elektronen waren onbekend tot 1897.
Zelfs de denkers van het oude Griekenland vermoedden dat alles in de wereld, net als een gebouw, uit vele microscopisch kleine "bakstenen" bestaat. Het atoom werd toen beschouwd als de kleinste eenheid van materie, en dit geloof hield eeuwenlang stand.
Het idee van het atoom veranderde pas aan het einde van de 19e eeuw. Na de studies van J. Thomson, E. Rutherford, H. Lorentz, P. Zeeman werden atoomkernen en elektronen herkend als de kleinste ondeelbare deeltjes. In de loop van de tijd werden protonen, neutronen en zelfs later - neutrino's, kaonen, pi-mesonen, enz. ontdekt.
De wetenschap kent nu een enorm aantal elementaire deeltjes, waaronder steevast elektronen hun plaats innemen.
Ontdekking van een nieuw deeltje
Tegen de tijd dat elektronen in het atoom werden ontdekt, wisten wetenschappers al lang van het bestaan van elektriciteit en magnetisme. Maar de ware aard en volledige eigenschappen van deze verschijnselen blijven nog steeds een mysterie, dat de hoofden van veel natuurkundigen bezighoudt.
Reeds aan het begin van de 19e eeuw was het bekend dat de voortplanting van elektromagnetische straling plaatsvindt met de snelheid van het licht. De Engelsman Joseph Thomson, die experimenten met kathodestralen uitvoerde, kwam echter tot de conclusie dat ze uit veel kleine korrels bestaan, waarvan de massa kleiner is dan atomair.
In april 1897 hield Thomson een presentatie, waarin hij aan de wetenschappelijke gemeenschap de geboorte van een nieuw deeltje in het atoom presenteerde, dat hij een bloedlichaampje noemde. Later bevestigde Ernest Rutherford, met behulp van experimenten met folie, de conclusies van zijn leraar en de bloedlichaampjes kregen een andere naam - "elektronen".
Deze ontdekking gaf de aanzet tot de ontwikkeling van niet alleen de fysische maar ook de chemische wetenschap. Het zorgde voor aanzienlijke vooruitgang in de studie van elektriciteit en magnetisme, de eigenschappen van stoffen, en gaf ook aanleiding tot kernfysica.
Wat is een elektron?
Elektronen zijn de lichtste deeltjes met een elektrische lading. Onze kennis daarvan is nog grotendeels tegenstrijdig en onvolledig. In moderne concepten leven ze bijvoorbeeld voor altijd, omdat ze nooit vervallen, in tegenstelling tot neutronen en protonen (de theoretische vervalleeftijd van deze laatste overschrijdt de leeftijd van het heelal).
Elektronen zijn stabiel en hebben een permanente negatieve lading e=1,6 x 10-19kl. Ze behoren tot de fermionfamilie en de leptongroep. Deeltjes nemen deel aan zwakke elektromagnetische en zwaartekrachtinteractie. Ze zijn te vinden in atomen. Deeltjes die het contact met atomen hebben verloren, zijn vrije elektronen.
De massa van elektronen is 9,1 x 10-31 kg en is 1836 keer minder dan de massa van een proton. Ze hebben een half geheel getal spin en magnetisch moment. Een elektron wordt aangeduid met de letter "e-". Op dezelfde manier, maar met een plusteken, wordt zijn antagonist aangegeven - het positron-antideeltje.
De toestand van elektronen in een atoom
Toen duidelijk werd dat het atoom uit kleinere structuren bestaat, was het nodig om te begrijpen hoe ze daarin precies zijn gerangschikt. Daarom verschenen aan het einde van de 19e eeuw de eerste modellen van het atoom. Volgens de planetaire modellen vormden protonen (positief geladen) en neutronen (neutraal) de atoomkern. En daaromheen bewogen elektronen in elliptische banen.
Deze ideeën veranderen met de komst van de kwantumfysica aan het begin van de 20e eeuw. Louis de Broglie brengt de theorie naar voren dat het elektron zich niet alleen manifesteert als een deeltje, maar ook als een golf. Erwin Schrödinger maakt een golfmodel van een atoom, waarbij elektronen worden weergegeven als een wolk van een bepaalde dichtheid met een lading.
Het is bijna onmogelijk om de locatie en het traject van elektronen rond de kern nauwkeurig te bepalen. In dit verband wordt een speciaal concept van "orbitale" of "elektronenwolk" geïntroduceerd, de ruimte van de meest waarschijnlijke locatiebenoemde deeltjes.
Energieniveaus
Er zijn precies evenveel elektronen in de wolk rond een atoom als er protonen in zijn kern zijn. Ze bevinden zich allemaal op verschillende afstanden. Het dichtst bij de kern zijn de elektronen met de minste hoeveelheid energie. Hoe meer energie de deeltjes hebben, hoe verder ze kunnen gaan.
Maar ze zijn niet willekeurig gerangschikt, maar bezetten specifieke niveaus die slechts een bepaald aantal deeltjes kunnen herbergen. Elk niveau heeft zijn eigen hoeveelheid energie en is verdeeld in subniveaus, en die op hun beurt in orbitalen.
Vier kwantumgetallen worden gebruikt om de kenmerken en rangschikking van elektronen op energieniveaus te beschrijven:
- n - het hoofdgetal dat de energie van het elektron bepa alt (komt overeen met het nummer van de periode van het chemische element);
- l - orbitaal getal dat de vorm van de elektronenwolk beschrijft (s - bolvormig, p - achtvorm, d - klaver- of dubbele achtvorm, f - complexe geometrische vorm);
- m is een magnetisch getal dat de oriëntatie van de wolk in een magnetisch veld bepa alt;
- ms is een spingetal dat de rotatie van elektronen rond zijn as kenmerkt.
Conclusie
Elektronen zijn dus stabiele negatief geladen deeltjes. Ze zijn elementair en kunnen niet vervallen in andere elementen. Ze worden geclassificeerd als fundamentele deeltjes, dat wil zeggen, deeltjes die deel uitmaken van de structuur van materie.
Elektronen bewegen rond atoomkernen en vormen hun elektronenschil. Ze beïnvloeden de chemische, optische,mechanische en magnetische eigenschappen van verschillende stoffen. Deze deeltjes nemen deel aan elektromagnetische en zwaartekrachtinteractie. Hun gerichte beweging creëert een elektrische stroom en een magnetisch veld.
