Tot el que ens envolta al planeta està format per partícules petites i esquives. Els electrons són un d'ells. El seu descobriment va passar relativament recentment. I va obrir noves idees sobre l'estructura de l'àtom, els mecanismes de transmissió de l'electricitat i l'estructura del món en conjunt.
Com es va dividir l'indivisible
En el sentit modern, els electrons són partícules elementals. Són integrals i no es trenquen en estructures més petites. Però aquesta idea no sempre va existir. Els electrons eren desconeguts fins al 1897.
Fins i tot els pensadors de l'antiga Grècia van endevinar que tot el món, com un edifici, consta de molts "maons" microscòpics. Aleshores, l'àtom es considerava la unitat més petita de la matèria, i aquesta creença va persistir durant segles.
La noció d'àtom va canviar només a finals del segle XIX. Després dels estudis de J. Thomson, E. Rutherford, H. Lorentz, P. Zeeman, els nuclis atòmics i els electrons van ser reconeguts com les partícules indivisibles més petites. Amb el pas del temps, es van descobrir protons, neutrons i, fins i tot més tard, neutrins, caons, mesons pi, etc.
Ara la ciència coneix un gran nombre de partícules elementals, entre les quals els electrons ocupen invariablement el seu lloc.
Descobriment d'una nova partícula
En el moment en què es van descobrir electrons a l'àtom, els científics ja feia temps que coneixien l'existència de l'electricitat i el magnetisme. Però la veritable naturalesa i les propietats completes d'aquests fenòmens segueixen sent un misteri, ocupant la ment de molts físics.
Ja a principis del segle XIX, se sabia que la propagació de la radiació electromagnètica es produeix a la velocitat de la llum. No obstant això, l'anglès Joseph Thomson, realitzant experiments amb raigs catòdics, va concloure que constaven de molts grans petits, la massa dels quals és inferior a l'atòmica.
L'abril de 1897, Thomson va fer una presentació, on va presentar a la comunitat científica el naixement d'una nova partícula a l'àtom, que va anomenar corpuscle. Més tard, Ernest Rutherford, amb l'ajuda d'experiments amb paper d'alumini, va confirmar les conclusions del seu professor i els corpuscles van rebre un nom diferent: "electrons".
Aquest descobriment va estimular el desenvolupament no només de la ciència física sinó també de la química. Va permetre un progrés significatiu en l'estudi de l'electricitat i el magnetisme, les propietats de les substàncies, i també va donar lloc a la física nuclear.
Què és un electró?
Els electrons són les partícules més lleugeres que tenen càrrega elèctrica. El nostre coneixement d'ells encara és en gran part contradictori i incomplet. Per exemple, en conceptes moderns, viuen per sempre, ja que mai decauen, a diferència dels neutrons i els protons (l'edat de desintegració teòrica d'aquests últims supera l'edat de l'Univers).
Els electrons són estables i tenen una càrrega negativa permanent e=1,6 x 10-19Cl. Pertanyen a la família dels fermions i al grup dels leptons. Les partícules participen en una interacció electromagnètica i gravitatòria feble. Es troben en els àtoms. Les partícules que han perdut el contacte amb els àtoms són electrons lliures.
La massa dels electrons és 9,1 x 10-31 kg i és 1836 vegades menor que la massa d'un protó. Tenen gir mig sencer i moment magnètic. Un electró es denota amb la lletra "e-". De la mateixa manera, però amb un signe més, s'indica el seu antagonista: l'antipartícula de positrons.
L'estat dels electrons en un àtom
Quan va quedar clar que l'àtom consta d'estructures més petites, va ser necessari entendre exactament com s'hi disposen. Per tant, a finals del segle XIX van aparèixer els primers models de l'àtom. Segons els models Planetaris, els protons (carregats positivament) i els neutrons (neutres) formaven el nucli atòmic. I al seu voltant, els electrons es movien en òrbites el·líptiques.
Aquestes idees canvien amb l'arribada de la física quàntica a principis del segle XX. Louis de Broglie planteja la teoria que l'electró es manifesta no només com una partícula, sinó també com una ona. Erwin Schrödinger crea un model ondulatori d'un àtom, on els electrons es representen com un núvol d'una certa densitat amb una càrrega.
És gairebé impossible determinar amb precisió la ubicació i la trajectòria dels electrons al voltant del nucli. En aquest sentit, s'introdueix un concepte especial de "orbital" o "núvol d'electrons", que és l'espai de la ubicació més probable.partícules anomenades.
Nivells d'energia
Hi ha exactament tants electrons al núvol al voltant d'un àtom com protons hi ha al seu nucli. Tots ells es troben a diferents distàncies. El més proper al nucli són els electrons amb menys energia. Com més energia tinguin les partícules, més lluny podran anar.
Però no estan disposats a l'atzar, sinó que ocupen nivells específics que només poden acomodar un cert nombre de partícules. Cada nivell té la seva pròpia quantitat d'energia i es divideix en subnivells, i aquests, al seu torn, en orbitals.
S'utilitzen quatre nombres quàntics per descriure les característiques i la disposició dels electrons als nivells d'energia:
- n - el nombre principal que determina l'energia de l'electró (correspon al nombre del període de l'element químic);
- l - nombre orbital que descriu la forma del núvol d'electrons (s - esfèrica, p - forma de vuit, d - forma de trèvol o doble vuit, f - forma geomètrica complexa);
- m és un nombre magnètic que determina l'orientació del núvol en un camp magnètic;
- ms és un nombre de gir que caracteritza la rotació dels electrons al voltant del seu eix.
Conclusió
Per tant, els electrons són partícules estables carregades negativament. Són elementals i no poden desintegrar-se en altres elements. Es classifiquen com a partícules fonamentals, és a dir, les que formen part de l'estructura de la matèria.
Els electrons es mouen al voltant dels nuclis atòmics i formen la seva capa d'electrons. Afecten els aspectes químics, òptics,propietats mecàniques i magnètiques de diverses substàncies. Aquestes partícules participen en la interacció electromagnètica i gravitatòria. El seu moviment direccional crea un corrent elèctric i un camp magnètic.
