Vše kolem nás na planetě se skládá z malých, nepolapitelných částic. Elektrony jsou jedním z nich. K jejich objevu došlo poměrně nedávno. A otevřelo to nové představy o struktuře atomu, mechanismech přenosu elektřiny a struktuře světa jako celku.
Jak bylo rozděleno nedělitelné
V moderním smyslu jsou elektrony elementární částice. Jsou integrální a nerozpadají se do menších struktur. Taková představa ale vždy neexistovala. Elektrony byly neznámé až do roku 1897.
Dokonce i myslitelé starověkého Řecka hádali, že každá věc na světě, jako budova, se skládá z mnoha mikroskopických „cihel“. Atom byl tehdy považován za nejmenší jednotku hmoty a tato víra přetrvala po staletí.
Pojem atom se změnil až na konci 19. století. Po studiích J. Thomsona, E. Rutherforda, H. Lorentze, P. Zeemana byly atomová jádra a elektrony rozpoznány jako nejmenší nedělitelné částice. Postupem času byly objeveny protony, neutrony a ještě později - neutrina, kaony, pi-mezony atd.
Nyní věda zná obrovské množství elementárních částic, mezi nimiž své místo vždy zaujímají elektrony.
Objev nové částice
V době, kdy byly v atomu objeveny elektrony, vědci již dlouho věděli o existenci elektřiny a magnetismu. Ale skutečná povaha a úplné vlastnosti těchto jevů stále zůstávají záhadou a zaměstnávají mysl mnoha fyziků.
Již na začátku 19. století bylo známo, že šíření elektromagnetického záření probíhá rychlostí světla. Angličan Joseph Thomson, provádějící experimenty s katodovými paprsky, však dospěl k závěru, že se skládají z mnoha malých zrn, jejichž hmotnost je menší než atomová.
V dubnu 1897 udělal Thomson prezentaci, kde vědecké komunitě představil zrození nové částice v atomu, kterou nazval tělíska. Později Ernest Rutherford s pomocí experimentů s fólií potvrdil závěry svého učitele a krvinky dostaly jiný název - "elektrony".
Tento objev podnítil rozvoj nejen fyzikální, ale i chemické vědy. Umožnil významný pokrok ve studiu elektřiny a magnetismu, vlastností látek a také dal vzniknout jaderné fyzice.
Co je to elektron?
Elektrony jsou nejlehčí částice, které mají elektrický náboj. Naše znalosti o nich jsou stále do značné míry rozporuplné a neúplné. Například v moderních konceptech žijí věčně, protože se nikdy nerozpadají, na rozdíl od neutronů a protonů (teoretický věk rozpadu těch druhých přesahuje věk vesmíru).
Elektrony jsou stabilní a mají trvalý záporný náboj e=1,6 x 10-19Cl. Patří do rodiny fermionů a skupiny leptonů. Částice se účastní slabé elektromagnetické a gravitační interakce. Nacházejí se v atomech. Částice, které ztratily kontakt s atomy, jsou volné elektrony.
Hmotnost elektronů je 9,1 x 10-31 kg a je 1836krát menší než hmotnost protonu. Mají poloviční rotaci a magnetický moment. Elektron se označuje písmenem „e-“. Stejným způsobem, ale se znaménkem plus, je označen jeho antagonista - pozitronová antičástice.
Stav elektronů v atomu
Když se ukázalo, že atom se skládá z menších struktur, bylo nutné přesně pochopit, jak jsou v něm uspořádány. Proto se na konci 19. století objevily první modely atomu. Podle planetárních modelů tvořily protony (kladně nabité) a neutrony (neutrální) atomové jádro. A kolem něj se elektrony pohybovaly po eliptických drahách.
Tyto myšlenky se mění s příchodem kvantové fyziky na začátku 20. století. Louis de Broglie předkládá teorii, že elektron se projevuje nejen jako částice, ale také jako vlna. Erwin Schrödinger vytváří vlnový model atomu, kde jsou elektrony reprezentovány jako oblak určité hustoty s nábojem.
Je téměř nemožné přesně určit umístění a trajektorii elektronů kolem jádra. V tomto ohledu se zavádí speciální pojem „orbitální“nebo „elektronový oblak“, což je prostor nejpravděpodobnějšího umístěnípojmenované částice.
Úrovně energie
V oblaku kolem atomu je přesně tolik elektronů, kolik je protonů v jeho jádře. Všechny jsou v různých vzdálenostech. Nejblíže k jádru jsou elektrony s nejmenším množstvím energie. Čím více energie částice mají, tím dále mohou jít.
Ale nejsou uspořádány náhodně, ale zaujímají určité úrovně, které mohou pojmout pouze určitý počet částic. Každá úroveň má své vlastní množství energie a je rozdělena na podúrovně a ty zase na orbitaly.
K popisu charakteristik a uspořádání elektronů na energetických hladinách se používají čtyři kvantová čísla:
- n - hlavní číslo, které určuje energii elektronu (odpovídá číslu periody chemického prvku);
- l - orbitální číslo, které popisuje tvar elektronového mraku (s - kulový, p - tvar osmičky, d - jetel nebo dvojitý osmičkový tvar, f - složitý geometrický tvar);
- m je magnetické číslo, které určuje orientaci mraku v magnetickém poli;
- ms je spinové číslo, které charakterizuje rotaci elektronů kolem své osy.
Závěr
Elektrony jsou tedy stabilní záporně nabité částice. Jsou elementární a nemohou se rozpadnout na jiné elementy. Jsou klasifikovány jako základní částice, tedy ty, které jsou součástí struktury hmoty.
Elektrony se pohybují kolem atomových jader a tvoří jejich elektronový obal. Ovlivňují chemické, optické,mechanické a magnetické vlastnosti různých látek. Tyto částice se účastní elektromagnetické a gravitační interakce. Jejich směrový pohyb vytváří elektrický proud a magnetické pole.
