ყველაფერი ჩვენს ირგვლივ პლანეტაზე შედგება პატარა, გაუგებარი ნაწილაკებისგან. ელექტრონები ერთ-ერთი მათგანია. მათი აღმოჩენა შედარებით ცოტა ხნის წინ მოხდა. და ამან გახსნა ახალი იდეები ატომის სტრუქტურის, ელექტროენერგიის გადაცემის მექანიზმებისა და მთლიანად სამყაროს სტრუქტურის შესახებ.
როგორ იყოფა განუყოფელი
თანამედროვე გაგებით, ელექტრონები ელემენტარული ნაწილაკებია. ისინი განუყოფელია და არ იშლება პატარა სტრუქტურებად. მაგრამ ასეთი იდეა ყოველთვის არ არსებობდა. ელექტრონები უცნობი იყო 1897 წლამდე.
ძველი საბერძნეთის მოაზროვნეებიც კი მიხვდნენ, რომ მსოფლიოში ყველა ნივთი, როგორც შენობა, შედგება მრავალი მიკროსკოპული "აგურისგან". მაშინ ატომი ითვლებოდა მატერიის უმცირეს ერთეულად და ეს რწმენა არსებობდა საუკუნეების განმავლობაში.
ატომის ცნება შეიცვალა მხოლოდ მე-19 საუკუნის ბოლოს. ჯ.ტომსონის, ე.რეზერფორდის, ჰ.ლორენცის, პ.ზეემანის კვლევების შემდეგ ატომის ბირთვები და ელექტრონები აღიარებულ იქნა უმცირეს განუყოფელ ნაწილაკებად. დროთა განმავლობაში აღმოაჩინეს პროტონები, ნეიტრონები და მოგვიანებით - ნეიტრინოები, კაონები, პი-მეზონები და ა.შ.
ახლა მეცნიერებამ იცის ელემენტარული ნაწილაკების უზარმაზარი რაოდენობა, რომელთა შორის ელექტრონები უცვლელად იკავებენ მათ ადგილს.
ახალი ნაწილაკის აღმოჩენა
იმ დროისთვის, როდესაც ატომში ელექტრონები აღმოაჩინეს, მეცნიერებმა დიდი ხანია იცოდნენ ელექტროენერგიის და მაგნიტიზმის არსებობის შესახებ. მაგრამ ამ ფენომენების ჭეშმარიტი ბუნება და სრული თვისებები ჯერ კიდევ საიდუმლოდ რჩება და მრავალი ფიზიკოსის გონებას იკავებს.
უკვე მე-19 საუკუნის დასაწყისში ცნობილი იყო, რომ ელექტრომაგნიტური გამოსხივების გავრცელება ხდება სინათლის სიჩქარით. თუმცა, ინგლისელმა ჯოზეფ ტომსონმა, ჩაატარა ექსპერიმენტები კათოდური სხივებით, დაასკვნა, რომ ისინი შედგება მრავალი პატარა მარცვლისგან, რომელთა მასა ატომზე ნაკლებია.
1897 წლის აპრილში ტომსონმა გააკეთა პრეზენტაცია, სადაც მან სამეცნიერო საზოგადოებას წარუდგინა ატომში ახალი ნაწილაკის დაბადება, რომელსაც მან კორპუსკულა უწოდა. მოგვიანებით ერნესტ რეზერფორდმა ფოლგაზე ექსპერიმენტების დახმარებით დაადასტურა თავისი მასწავლებლის დასკვნები და კორპუსკულებს სხვა სახელი დაარქვეს - „ელექტრონები“.
ამ აღმოჩენამ ხელი შეუწყო არა მხოლოდ ფიზიკური, არამედ ქიმიური მეცნიერების განვითარებასაც. მან მნიშვნელოვანი პროგრესი მისცა ელექტროენერგიის და მაგნიტიზმის, ნივთიერებების თვისებების შესწავლაში და ასევე დასაბამი მისცა ბირთვულ ფიზიკას.
რა არის ელექტრონი?
ელექტრონები არის ყველაზე მსუბუქი ნაწილაკები, რომლებსაც აქვთ ელექტრული მუხტი. მათ შესახებ ჩვენი ცოდნა ჯერ კიდევ მეტწილად წინააღმდეგობრივი და არასრულია. მაგალითად, თანამედროვე ცნებებში ისინი სამუდამოდ ცხოვრობენ, რადგან ისინი არასოდეს იშლება ნეიტრონებისა და პროტონებისგან განსხვავებით (ამ უკანასკნელის თეორიული დაშლის ასაკი აღემატება სამყაროს ასაკს).
ელექტრონები სტაბილურია და აქვთ მუდმივი უარყოფითი მუხტი e=1,6 x 10-19კლ. ისინი მიეკუთვნებიან ფერმიონის ოჯახს და ლეპტონების ჯგუფს. ნაწილაკები მონაწილეობენ სუსტ ელექტრომაგნიტურ და გრავიტაციულ ურთიერთქმედებაში. ისინი გვხვდება ატომებში. ნაწილაკები, რომლებმაც დაკარგეს კონტაქტი ატომებთან, არის თავისუფალი ელექტრონები.
ელექტრონების მასა არის 9,1 x 10-31 კგ და 1836-ჯერ ნაკლებია პროტონის მასაზე. მათ აქვთ ნახევარმთლიანი სპინი და მაგნიტური მომენტი. ელექტრონი აღინიშნება ასო "e-". ანალოგიურად, ოღონდ პლუსის ნიშნით, მითითებულია მისი ანტაგონისტი - პოზიტრონის ანტინაწილაკი.
ელექტრონების მდგომარეობა ატომში
როდესაც გაირკვა, რომ ატომი შედგება უფრო მცირე სტრუქტურებისგან, საჭირო იყო იმის გაგება, თუ როგორ არის ისინი განლაგებული მასში. ამიტომ მე-19 საუკუნის ბოლოს გაჩნდა ატომის პირველი მოდელები. პლანეტარული მოდელების მიხედვით, პროტონები (დადებითად დამუხტული) და ნეიტრონები (ნეიტრალური) ქმნიდნენ ატომის ბირთვს. და მის ირგვლივ ელექტრონები მოძრაობდნენ ელიფსურ ორბიტებში.
ეს იდეები იცვლება მე-20 საუკუნის დასაწყისში კვანტური ფიზიკის მოსვლასთან ერთად. ლუი დე ბროგლი წამოაყენებს თეორიას, რომ ელექტრონი ვლინდება არა მხოლოდ ნაწილაკად, არამედ ტალღადაც. ერვინ შრედინგერი ქმნის ატომის ტალღურ მოდელს, სადაც ელექტრონები წარმოდგენილია გარკვეული სიმკვრივის ღრუბლის სახით მუხტით.
თითქმის შეუძლებელია ზუსტად განსაზღვრო ელექტრონების მდებარეობა და ტრაექტორია ბირთვის გარშემო. ამასთან დაკავშირებით შემოღებულია სპეციალური კონცეფცია „ორბიტალური“ან „ელექტრონული ღრუბელი“, რომელიც წარმოადგენს ყველაზე სავარაუდო მდებარეობის სივრცეს.დასახელებული ნაწილაკები.
ენერგეტიკული დონეები
ატომის ირგვლივ ღრუბელში ზუსტად იმდენი ელექტრონია, რამდენი პროტონია მის ბირთვში. ყველა მათგანი სხვადასხვა მანძილზეა. ბირთვთან ყველაზე ახლოს არის ელექტრონები, რომლებსაც აქვთ ენერგიის მინიმალური რაოდენობა. რაც უფრო მეტი ენერგია აქვთ ნაწილაკებს, მით უფრო შორს შეუძლიათ წასვლა.
მაგრამ ისინი არ არის მოწყობილი შემთხვევით, არამედ იკავებს სპეციფიკურ დონეებს, რომლებიც იტევს მხოლოდ ნაწილაკების გარკვეულ რაოდენობას. თითოეულ დონეს აქვს ენერგიის საკუთარი რაოდენობა და იყოფა ქვედონეებად და ისინი, თავის მხრივ, ორბიტალებად.
4 კვანტური რიცხვი გამოიყენება ენერგეტიკულ დონეზე ელექტრონების მახასიათებლებისა და განლაგების აღსაწერად:
- n - ძირითადი რიცხვი, რომელიც განსაზღვრავს ელექტრონის ენერგიას (შეესაბამება ქიმიური ელემენტის პერიოდის რაოდენობას);
- l - ორბიტალური რიცხვი, რომელიც აღწერს ელექტრონული ღრუბლის ფორმას (s - სფერული, p - რვა ფორმა, d - სამყურა ან ორმაგი რვა ფორმა, f - რთული გეომეტრიული ფორმა);
- m არის მაგნიტური რიცხვი, რომელიც განსაზღვრავს ღრუბლის ორიენტაციას მაგნიტურ ველში;
- ms არის სპინის რიცხვი, რომელიც ახასიათებს ელექტრონების ბრუნვას მისი ღერძის გარშემო.
დასკვნა
ასე რომ, ელექტრონები არის სტაბილური უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკები. ისინი ელემენტარულია და არ შეუძლიათ სხვა ელემენტებად დაშლა. ისინი კლასიფიცირდება როგორც ფუნდამენტური ნაწილაკები, ანუ ისინი, რომლებიც მატერიის სტრუქტურის ნაწილია.
ელექტრონები მოძრაობენ ატომის ბირთვების გარშემო და ქმნიან მათ ელექტრონულ გარსს. ისინი გავლენას ახდენენ ქიმიურ, ოპტიკურ,სხვადასხვა ნივთიერების მექანიკური და მაგნიტური თვისებები. ეს ნაწილაკები მონაწილეობენ ელექტრომაგნიტურ და გრავიტაციულ ურთიერთქმედებაში. მათი მიმართულების მოძრაობა ქმნის ელექტრულ დენს და მაგნიტურ ველს.
