Alles um uns herum auf dem Planeten besteht aus kleinen, schwer fassbaren Partikeln. Elektronen sind eine davon. Ihre Entdeckung geschah vor relativ kurzer Zeit. Und es eröffnete neue Ideen über die Struktur des Atoms, die Mechanismen zur Übertragung von Elektrizität und die Struktur der Welt als Ganzes.
Wie das Unteilbare geteilt wurde
Im modernen Sinne sind Elektronen Elementarteilchen. Sie sind integral und zerfallen nicht in kleinere Strukturen. Aber eine solche Idee gab es nicht immer. Elektronen waren bis 1897 unbekannt.
Sogar die Denker des antiken Griechenlands vermuteten, dass alles auf der Welt, wie ein Gebäude, aus vielen mikroskopisch kleinen "Ziegeln" besteht. Das Atom g alt damals als die kleinste Einheit der Materie, und dieser Glaube blieb Jahrhunderte lang bestehen.
Der Begriff des Atoms änderte sich erst Ende des 19. Jahrhunderts. Nach den Studien von J. Thomson, E. Rutherford, H. Lorentz, P. Zeeman wurden Atomkerne und Elektronen als die kleinsten unteilbaren Teilchen erkannt. Im Laufe der Zeit wurden Protonen, Neutronen und sogar später Neutrinos, Kaonen, Pi-Mesonen usw. entdeckt.
Nun kennt die Wissenschaft eine riesige Anzahl von Elementarteilchen, unter denen ausnahmslos Elektronen ihren Platz einnehmen.
Entdeckung eines neuen Teilchens
Als Elektronen im Atom entdeckt wurden, wussten Wissenschaftler schon lange von der Existenz von Elektrizität und Magnetismus. Aber die wahre Natur und die vollständigen Eigenschaften dieser Phänomene bleiben immer noch ein Rätsel, das die Köpfe vieler Physiker beschäftigt.
Bereits zu Beginn des 19. Jahrhunderts war bekannt, dass sich elektromagnetische Strahlung mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Der Engländer Joseph Thomson kam jedoch bei Experimenten mit Kathodenstrahlen zu dem Schluss, dass sie aus vielen kleinen Körnern bestehen, deren Masse weniger als atomar ist.
Im April 1897 hielt Thomson eine Präsentation, in der er der wissenschaftlichen Gemeinschaft die Geburt eines neuen Teilchens im Atom vorstellte, das er Korpuskel nannte. Später bestätigte Ernest Rutherford mit Hilfe von Folienexperimenten die Schlussfolgerungen seines Lehrers, und die Teilchen erhielten einen anderen Namen - "Elektronen".
Diese Entdeckung hat die Entwicklung nicht nur der physikalischen, sondern auch der chemischen Wissenschaft vorangetrieben. Es ermöglichte bedeutende Fortschritte bei der Untersuchung von Elektrizität und Magnetismus, den Eigenschaften von Substanzen, und führte auch zur Kernphysik.
Was ist ein Elektron?
Elektronen sind die leichtesten Teilchen, die elektrisch geladen sind. Unser Wissen darüber ist noch weitgehend widersprüchlich und unvollständig. Zum Beispiel leben sie in modernen Konzepten ewig, da sie im Gegensatz zu Neutronen und Protonen niemals zerfallen (das theoretische Zerfalls alter der letzteren übersteigt das Alter des Universums).
Elektronen sind stabil und haben eine permanent negative Ladung e=1,6 x 10-19Kl. Sie gehören zur Familie der Fermionen und zur Gruppe der Leptonen. Teilchen nehmen an schwacher elektromagnetischer und gravitativer Wechselwirkung teil. Sie kommen in Atomen vor. Teilchen, die den Kontakt zu Atomen verloren haben, sind freie Elektronen.
Die Masse der Elektronen beträgt 9,1 x 10-31 kg und ist 1836 mal kleiner als die Masse eines Protons. Sie haben halbzahligen Spin und magnetisches Moment. Ein Elektron wird mit dem Buchstaben "e-" bezeichnet. Auf die gleiche Weise, aber mit einem Pluszeichen, wird sein Antagonist angezeigt - das Positron-Antiteilchen.
Zustand der Elektronen in einem Atom
Als klar wurde, dass das Atom aus kleineren Strukturen besteht, war es notwendig, genau zu verstehen, wie sie darin angeordnet sind. Daher erschienen Ende des 19. Jahrhunderts die ersten Modelle des Atoms. Nach den planetarischen Modellen besteht der Atomkern aus Protonen (positiv geladen) und Neutronen (neutral). Um ihn herum bewegten sich Elektronen auf elliptischen Bahnen.
Diese Vorstellungen ändern sich mit dem Aufkommen der Quantenphysik zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Louis de Broglie stellt die Theorie auf, dass sich das Elektron nicht nur als Teilchen, sondern auch als Welle manifestiert. Erwin Schrödinger erstellt ein Wellenmodell eines Atoms, in dem Elektronen als Wolke bestimmter Dichte mit einer Ladung dargestellt werden.
Es ist fast unmöglich, den Ort und die Flugbahn von Elektronen um den Kern genau zu bestimmen. In dieser Hinsicht wird ein spezielles Konzept von "Orbital" oder "Elektronenwolke" eingeführt, das der Raum des wahrscheinlichsten Ortes istbenannte Teilchen.
Energieniveaus
Es gibt genau so viele Elektronen in der Wolke um ein Atom wie Protonen in seinem Kern. Alle von ihnen sind in unterschiedlichen Entfernungen. Dem Kern am nächsten sind die Elektronen mit der geringsten Energie. Je mehr Energie die Teilchen haben, desto weiter können sie fliegen.
Aber sie sind nicht zufällig angeordnet, sondern besetzen bestimmte Ebenen, die nur eine bestimmte Anzahl von Partikeln aufnehmen können. Jede Ebene hat ihre eigene Energiemenge und ist in Unterebenen und diese wiederum in Orbitale unterteilt.
Vier Quantenzahlen werden verwendet, um die Eigenschaften und die Anordnung von Elektronen auf Energieniveaus zu beschreiben:
- n - die Hauptzahl, die die Energie des Elektrons bestimmt (entspricht der Periodenzahl des chemischen Elements);
- l - Orbitalzahl, die die Form der Elektronenwolke beschreibt (s - sphärisch, p - Achtform, d - Kleeblatt- oder Doppelachtform, f - komplexe geometrische Form);
- m ist eine magnetische Zahl, die die Orientierung der Wolke in einem Magnetfeld bestimmt;
- ms ist eine Spinzahl, die die Rotation von Elektronen um ihre eigene Achse charakterisiert.
Schlussfolgerung
Elektronen sind also stabile, negativ geladene Teilchen. Sie sind elementar und können nicht in andere Elemente zerfallen. Sie werden als Elementarteilchen klassifiziert, also solche, die Teil der Struktur der Materie sind.
Elektronen bewegen sich um Atomkerne herum und bilden deren Elektronenhülle. Sie beeinflussen die chemische, optische,mechanische und magnetische Eigenschaften verschiedener Stoffe. Diese Teilchen nehmen an elektromagnetischer und gravitativer Wechselwirkung teil. Ihre Richtungsbewegung erzeugt einen elektrischen Strom und ein Magnetfeld.
