Планетадағы бізді қоршап тұрған барлық нәрсе ұсақ, қол жетпес бөлшектерден тұрады. Солардың бірі – электрондар. Олардың ашылуы салыстырмалы түрде жақында болды. Және ол атомның құрылымы, электр тогын тасымалдау механизмдері және жалпы әлемнің құрылымы туралы жаңа идеяларды ашты.
Бөлінбейтін қалай бөлінді
Қазіргі мағынада электрондар элементар бөлшектер. Олар біртұтас және кішігірім құрылымдарға бөлінбейді. Бірақ мұндай идея әрқашан болған емес. 1897 жылға дейін электрондар белгісіз болды.
Тіпті Ежелгі Грецияның ойшылдары дүниедегі барлық нәрсе ғимарат сияқты көптеген микроскопиялық «кірпіштерден» тұрады деп болжаған. Ол кезде атом материяның ең кішкентай бірлігі болып саналды және бұл сенім ғасырлар бойы сақталды.
Атом туралы түсінік тек 19 ғасырдың аяғында ғана өзгерді. Дж. Томсон, Э. Резерфорд, Х. Лоренц, П. Земан зерттеулерінен кейін атом ядролары мен электрондар ең ұсақ бөлінбейтін бөлшектер деп танылды. Уақыт өте келе протондар, нейтрондар, тіпті кейінірек - нейтрино, каондар, пи-мезондар және т.б. табылды.
Қазір ғылым көптеген элементар бөлшектерді біледі, олардың арасында электрондар өз орнын үнемі алады.
Жаңа бөлшектің ашылуы
Атомда электрондар табылған кезде ғалымдар электр және магнетизмнің бар екенін бұрыннан білген. Бірақ бұл құбылыстардың шынайы табиғаты мен толық қасиеттері әлі күнге дейін көптеген физиктердің санасын жаулап алған жұмбақ күйінде қалып отыр.
19 ғасырдың басында электромагниттік сәулеленудің таралуы жарық жылдамдығымен жүретіні белгілі болды. Алайда ағылшын Джозеф Томсон катодтық сәулелермен тәжірибелер жүргізе отырып, олар массасы атомдық деңгейден аз көптеген ұсақ түйіршіктерден тұрады деген қорытындыға келді.
1897 жылы сәуірде Томсон презентация жасады, онда ол ғылыми қоғамдастыққа атомдағы жаңа бөлшектің тууын ұсынды, оны корпускула деп атады. Кейінірек Эрнест Резерфорд фольгамен жүргізілген тәжірибелердің көмегімен ұстазының тұжырымын растап, корпускулалар басқа атпен – «электрондар» деп аталды.
Бұл жаңалық физикалық ғана емес, химия ғылымының да дамуына түрткі болды. Ол электр мен магнетизмді, заттардың қасиеттерін зерттеуде айтарлықтай прогреске қол жеткізуге мүмкіндік берді, сонымен қатар ядролық физиканы тудырды.
Электрон дегеніміз не?
Электрондар – электр заряды бар ең жеңіл бөлшектер. Олар туралы біздің біліміміз әлі де негізінен қарама-қайшы және толық емес. Мысалы, қазіргі концепцияларда олар мәңгі өмір сүреді, өйткені олар нейтрондар мен протондардан айырмашылығы ешқашан ыдырамайды (соңғысының теориялық ыдырау жасы Ғаламның жасынан асып түседі).
Электрондар тұрақты және тұрақты теріс заряды бар e=1,6 x 10-19Cl. Олар фермиондар тұқымдасына және лептондар тобына жатады. Бөлшектер әлсіз электромагниттік және гравитациялық әсерлесуге қатысады. Олар атомдарда кездеседі. Атомдармен байланысын жоғалтқан бөлшектер бос электрондар болып табылады.
Электрондардың массасы 9,1 x 10-31 кг және протонның массасынан 1836 есе аз. Олардың жартылай бүтін спині және магниттік моменті бар. Электрон «e-» әрпімен белгіленеді. Дәл осылай, бірақ плюс белгісімен оның антагонисті – позитронға қарсы бөлшек көрсетіледі.
Атомдағы электрондардың күйі
Атомның кішірек құрылымдардан тұратыны белгілі болған кезде олардың онда қалай орналасқанын дәл түсіну қажет болды. Сондықтан 19 ғасырдың аяғында атомның алғашқы үлгілері пайда болды. Планетарлық модельдерге сәйкес протондар (оң зарядты) және нейтрондар (бейтарап) атом ядросын құрады. Оның айналасында электрондар эллипстік орбиталармен қозғалды.
Бұл идеялар 20 ғасырдың басында кванттық физиканың пайда болуымен өзгерді. Луи де Бройль электронның тек бөлшек түрінде ғана емес, сонымен қатар толқын түрінде де көрінетіндігі туралы теорияны алға тартады. Эрвин Шредингер атомның толқындық моделін жасайды, онда электрондар заряды бар белгілі бір тығыздықтағы бұлт түрінде бейнеленген.
Ядроның айналасындағы электрондардың орналасуы мен траекториясын дәл анықтау мүмкін емес. Осыған байланысты «орбиталық» немесе «электрондық бұлт» деген ерекше ұғым енгізілген, ол ең ықтимал орналасу кеңістігі болып табылады.аталған бөлшектер.
Энергия деңгейлері
Атомның айналасындағы бұлтта оның ядросында қанша протон болса, сонша электрон бар. Олардың барлығы әртүрлі қашықтықта орналасқан. Ядроға ең жақыны - энергиясы аз электрондар. Бөлшектердің энергиясы неғұрлым көп болса, соғұрлым олар алысқа бара алады.
Бірақ олар кездейсоқ орналаспайды, бірақ бөлшектердің белгілі бір санын ғана сыйдыра алатын арнайы деңгейлерді алады. Әр деңгейдің өзіндік энергия мөлшері болады және ішкі деңгейлерге, ал олар өз кезегінде орбитальдарға бөлінеді.
Энергия деңгейлеріндегі электрондардың сипаттамалары мен орналасуын сипаттау үшін төрт кванттық сан қолданылады:
- n – электронның энергиясын анықтайтын негізгі сан (химиялық элементтің период санына сәйкес келеді);
- l - электрон бұлтының пішінін сипаттайтын орбиталық сан (s - сфералық, p - сегіз пішін, d - беде немесе қос сегіздік пішін, f - күрделі геометриялық пішін);
- m – бұлттың магнит өрісіндегі бағытын анықтайтын магниттік сан;
- ms – электрондардың өз осінің айналасында айналуын сипаттайтын спин саны.
Қорытынды
Сонымен электрондар тұрақты теріс зарядты бөлшектер. Олар элементтік және басқа элементтерге ыдырай алмайды. Олар іргелі бөлшектер, яғни материяның құрылымына кіретін бөлшектер ретінде жіктеледі.
Электрондар атом ядроларының айналасында қозғалады және олардың электрондық қабатын құрайды. Олар химиялық, оптикалық,әртүрлі заттардың механикалық және магниттік қасиеттері. Бұл бөлшектер электромагниттік және гравитациялық әсерлесуге қатысады. Олардың бағытталған қозғалысы электр тогы мен магнит өрісін тудырады.
