Tutto ciò che ci circonda sul pianeta è costituito da piccole particelle sfuggenti. Gli elettroni sono uno di questi. La loro scoperta è avvenuta relativamente di recente. E ha aperto nuove idee sulla struttura dell'atomo, sui meccanismi di trasmissione dell'elettricità e sulla struttura del mondo nel suo insieme.
Come è stato diviso l'indivisibile
Nel senso moderno, gli elettroni sono particelle elementari. Sono integrali e non si rompono in strutture più piccole. Ma un'idea del genere non è sempre esistita. Gli elettroni erano sconosciuti fino al 1897.
Anche i pensatori dell'Antica Grecia hanno intuito che ogni cosa nel mondo, come un edificio, consiste di molti microscopici "mattoni". L'atomo era allora considerato la più piccola unità di materia, e questa credenza persistette per secoli.
La nozione di atomo cambiò solo alla fine del 19° secolo. Dopo gli studi di J. Thomson, E. Rutherford, H. Lorentz, P. Zeeman, i nuclei atomici e gli elettroni sono stati riconosciuti come le particelle indivisibili più piccole. Nel corso del tempo sono stati scoperti protoni, neutroni e anche più tardi - neutrini, kaoni, pi-mesoni, ecc.
Ora la scienza conosce un numero enorme di particelle elementari, tra le quali gli elettroni occupano invariabilmente il loro posto.
Scoperta di una nuova particella
Quando furono scoperti gli elettroni nell'atomo, gli scienziati sapevano da tempo dell'esistenza dell'elettricità e del magnetismo. Ma la vera natura e le proprietà complete di questi fenomeni rimangono ancora un mistero, occupando le menti di molti fisici.
Già all'inizio del XIX secolo si sapeva che la propagazione della radiazione elettromagnetica avviene alla velocità della luce. Tuttavia, l'inglese Joseph Thomson, conducendo esperimenti con i raggi catodici, concluse che sono costituiti da molti piccoli grani, la cui massa è inferiore a quella atomica.
Nell'aprile del 1897, Thomson fece una presentazione, in cui presentò alla comunità scientifica la nascita di una nuova particella nell'atomo, che chiamò corpuscolo. Più tardi, Ernest Rutherford, con l'aiuto di esperimenti con il fioretto, confermò le conclusioni del suo insegnante e ai corpuscoli fu dato un nome diverso: "elettroni".
Questa scoperta ha stimolato lo sviluppo non solo della scienza fisica ma anche chimica. Ha permesso progressi significativi nello studio dell'elettricità e del magnetismo, le proprietà delle sostanze, e ha dato origine anche alla fisica nucleare.
Cos'è un elettrone?
Gli elettroni sono le particelle più leggere che hanno una carica elettrica. La nostra conoscenza di essi è ancora largamente contraddittoria e incompleta. Ad esempio, nei concetti moderni, vivono per sempre, poiché non decadono mai, a differenza dei neutroni e dei protoni (l'età teorica di decadimento di questi ultimi supera l'età dell'Universo).
Gli elettroni sono stabili e hanno una carica negativa permanente e=1,6 x 10-19cl. Appartengono alla famiglia dei fermioni e al gruppo dei leptoni. Le particelle partecipano a deboli interazioni elettromagnetiche e gravitazionali. Si trovano negli atomi. Le particelle che hanno perso il contatto con gli atomi sono elettroni liberi.
La massa degli elettroni è 9,1 x 10-31 kg ed è 1836 volte inferiore alla massa di un protone. Hanno spin semiintero e momento magnetico. Un elettrone è indicato dalla lettera "e-". Allo stesso modo, ma con un segno più, viene indicato il suo antagonista: l'antiparticella di positrone.
Lo stato degli elettroni in un atomo
Quando è diventato chiaro che l'atomo è costituito da strutture più piccole, è stato necessario capire esattamente come sono disposte in esso. Pertanto, alla fine del XIX secolo, apparvero i primi modelli dell'atomo. Secondo i modelli Planetari, i protoni (caricati positivamente) ei neutroni (neutri) costituivano il nucleo atomico. E intorno ad esso, gli elettroni si muovevano in orbite ellittiche.
Queste idee cambiano con l'avvento della fisica quantistica all'inizio del 20° secolo. Louis de Broglie propone la teoria secondo cui l'elettrone si manifesta non solo come particella, ma anche come onda. Erwin Schrödinger crea un modello ondulatorio di un atomo, in cui gli elettroni sono rappresentati come una nuvola di una certa densità con una carica.
È quasi impossibile determinare con precisione la posizione e la traiettoria degli elettroni attorno al nucleo. A tal proposito viene introdotto uno speciale concetto di "orbitale" o "nuvola di elettroni", che è lo spazio della posizione più probabileparticelle denominate.
Livelli energetici
Ci sono esattamente tanti elettroni nella nuvola attorno a un atomo quanti sono i protoni nel suo nucleo. Tutti loro sono a distanze diverse. I più vicini al nucleo sono gli elettroni con la minor quantità di energia. Più energia hanno le particelle, più lontano possono andare.
Ma non sono disposti in modo casuale, ma occupano livelli specifici che possono ospitare solo un certo numero di particelle. Ogni livello ha la sua propria quantità di energia ed è diviso in sottolivelli, e quelli, a loro volta, in orbitali.
Quattro numeri quantici sono usati per descrivere le caratteristiche e la disposizione degli elettroni sui livelli di energia:
- n - il numero principale che determina l'energia dell'elettrone (corrisponde al numero del periodo dell'elemento chimico);
- l - numero orbitale che descrive la forma della nuvola di elettroni (s - forma sferica, p - forma otto, d - forma a trifoglio o doppio otto, f - forma geometrica complessa);
- m è un numero magnetico che determina l'orientamento della nuvola in un campo magnetico;
- ms è un numero di spin che caratterizza la rotazione degli elettroni attorno al proprio asse.
Conclusione
Quindi, gli elettroni sono particelle stabili con carica negativa. Sono elementari e non possono decadere in altri elementi. Sono classificate come particelle fondamentali, cioè quelle che fanno parte della struttura della materia.
Gli elettroni si muovono attorno ai nuclei atomici e formano il loro guscio di elettroni. Influiscono sulla chimica, ottica,proprietà meccaniche e magnetiche di varie sostanze. Queste particelle partecipano all'interazione elettromagnetica e gravitazionale. Il loro movimento direzionale crea una corrente elettrica e un campo magnetico.
