Mọi thứ xung quanh chúng ta trên hành tinh đều bao gồm các hạt nhỏ, khó nắm bắt. Electron là một trong số đó. Khám phá của họ đã xảy ra tương đối gần đây. Và nó đã mở ra những ý tưởng mới về cấu trúc của nguyên tử, cơ chế truyền điện và cấu trúc của toàn thế giới.
Cách chia không chia được
Theo nghĩa hiện đại, electron là các hạt cơ bản. Chúng không thể tách rời và không chia thành các cấu trúc nhỏ hơn. Nhưng một ý tưởng như vậy không phải lúc nào cũng tồn tại. Các electron vẫn chưa được biết đến cho đến năm 1897.
Ngay cả các nhà tư tưởng của Hy Lạp Cổ đại cũng đoán rằng mọi thứ trên thế giới, giống như một tòa nhà, bao gồm nhiều "viên gạch" cực nhỏ. Nguyên tử khi đó được coi là đơn vị vật chất nhỏ nhất và niềm tin này vẫn tồn tại trong nhiều thế kỷ.
Khái niệm về nguyên tử chỉ thay đổi vào cuối thế kỷ 19. Sau các nghiên cứu của J. Thomson, E. Rutherford, H. Lorentz, P. Zeeman, hạt nhân nguyên tử và electron được công nhận là những hạt nhỏ nhất không thể phân chia được. Theo thời gian, proton, neutron và thậm chí sau này - neutrino, kaon, pi-meson, v.v. đã được phát hiện.
Bây giờ khoa học đã biết một số lượng lớn các hạt cơ bản, trong đó các hạt electron luôn chiếm vị trí của chúng.
Khám phá ra một hạt mới
Vào thời điểm phát hiện ra electron trong nguyên tử, các nhà khoa học đã biết từ lâu về sự tồn tại của điện và từ. Nhưng bản chất thực sự và toàn bộ tính chất của những hiện tượng này vẫn còn là một bí ẩn, chiếm giữ tâm trí của nhiều nhà vật lý.
Ngay từ đầu thế kỷ 19, người ta đã biết rằng sự lan truyền bức xạ điện từ xảy ra với tốc độ ánh sáng. Tuy nhiên, người Anh Joseph Thomson, tiến hành thí nghiệm với tia âm cực, kết luận rằng chúng bao gồm nhiều hạt nhỏ, khối lượng của chúng nhỏ hơn nguyên tử.
Vào tháng 4 năm 1897, Thomson đã có một buổi thuyết trình, nơi ông trình bày với cộng đồng khoa học về sự ra đời của một hạt mới trong nguyên tử, mà ông gọi là tiểu thể. Sau đó, Ernest Rutherford, với sự trợ giúp của các thí nghiệm với giấy bạc, đã xác nhận kết luận của giáo viên của mình, và các tiểu thể được đặt một cái tên khác - "electron".
Khám phá này đã thúc đẩy sự phát triển không chỉ của khoa học vật lý mà còn cả hóa học. Nó cho phép tiến bộ đáng kể trong việc nghiên cứu điện và từ tính, đặc tính của các chất, và cũng tạo ra vật lý hạt nhân.
Electron là gì?
Electron là hạt nhẹ nhất có điện tích. Kiến thức của chúng ta về chúng phần lớn vẫn còn mâu thuẫn và chưa đầy đủ. Ví dụ, trong các khái niệm hiện đại, chúng sống mãi mãi, vì chúng không bao giờ phân rã, không giống như neutron và proton (tuổi phân rã lý thuyết của cái sau vượt quá tuổi của Vũ trụ).
Các electron ổn định và có điện tích âm vĩnh viễn e=1,6 x 10-19 Cl. Chúng thuộc họ fermion và nhóm lepton. Các hạt tham gia vào tương tác điện từ và hấp dẫn yếu. Chúng được tìm thấy trong các nguyên tử. Các hạt mất liên lạc với nguyên tử là các electron tự do.
Khối lượng của electron là 9,1 x 10-31kg và nhỏ hơn khối lượng của một proton là 1836 lần. Chúng có spin bán nguyên và mômen từ. Một electron được ký hiệu bằng chữ "e- ". Theo cách tương tự, nhưng với một dấu cộng, chất đối kháng của nó được chỉ ra - phản hạt positron.
Trạng thái của các electron trong nguyên tử
Khi rõ ràng rằng nguyên tử bao gồm các cấu trúc nhỏ hơn, cần phải hiểu chính xác cách chúng được sắp xếp trong đó. Do đó, vào cuối thế kỷ 19, những mô hình đầu tiên của nguyên tử đã xuất hiện. Theo Mô hình hành tinh, proton (tích điện dương) và neutron (trung hòa) tạo nên hạt nhân nguyên tử. Và xung quanh nó, các electron chuyển động theo quỹ đạo hình elip.
Những ý tưởng này thay đổi khi vật lý lượng tử ra đời vào đầu thế kỷ 20. Louis de Broglie đưa ra lý thuyết rằng electron tự biểu hiện không chỉ dưới dạng hạt, mà còn ở dạng sóng. Erwin Schrödinger tạo ra một mô hình sóng của một nguyên tử, trong đó các điện tử được biểu diễn dưới dạng một đám mây có mật độ nhất định với một điện tích.
Gần như không thể xác định chính xác vị trí và quỹ đạo của các electron xung quanh hạt nhân. Về vấn đề này, một khái niệm đặc biệt về "quỹ đạo" hoặc "đám mây điện tử" được đưa ra, là không gian của vị trí có thể xảy ra nhấtcác hạt được đặt tên.
Mức năng lượng
Có chính xác bao nhiêu electron trong đám mây xung quanh một nguyên tử cũng như số proton trong hạt nhân của nó. Tất cả chúng đều ở những khoảng cách khác nhau. Gần hạt nhân nhất là các electron có năng lượng ít nhất. Các hạt càng có nhiều năng lượng, chúng càng có thể đi xa.
Nhưng chúng không được sắp xếp ngẫu nhiên, mà chiếm các tầng cụ thể chỉ có thể chứa một số lượng hạt nhất định. Mỗi cấp độ có lượng năng lượng riêng và được chia thành các cấp độ lại, và các cấp độ đó, lần lượt, thành các quỹ đạo.
Bốn số lượng tử được sử dụng để mô tả đặc điểm và sự sắp xếp của các electron trên các mức năng lượng:
- n - số chính xác định năng lượng của electron (tương ứng với số chu kỳ của nguyên tố hóa học);
- l - số quỹ đạo mô tả hình dạng của đám mây electron (s - hình cầu, hình p - tám, d - hình cỏ ba lá hoặc hình đôi tám, f - hình dạng hình học phức tạp);
- m là một số từ tính xác định hướng của đám mây trong từ trường;
- ms là số spin đặc trưng cho chuyển động quay của các electron quanh trục của nó.
Kết
Vì vậy, electron là những hạt mang điện âm bền. Chúng là nguyên tố và không thể phân rã thành các nguyên tố khác. Chúng được phân loại là các hạt cơ bản, tức là những hạt là một phần của cấu trúc của vật chất.
Các electron chuyển động xung quanh hạt nhân nguyên tử và tạo nên lớp vỏ electron của chúng. Chúng ảnh hưởng đến hóa học, quang học,tính chất cơ học và từ tính của các chất khác nhau. Các hạt này tham gia vào tương tác điện từ và hấp dẫn. Chuyển động có hướng của chúng tạo ra dòng điện và từ trường.
