Tudo ao nosso redor no planeta consiste em partículas pequenas e indescritíveis. Os elétrons são um deles. Sua descoberta aconteceu há relativamente pouco tempo. E abriu novas ideias sobre a estrutura do átomo, os mecanismos de transmissão de eletricidade e a estrutura do mundo como um todo.
Como o indivisível foi dividido
No sentido moderno, os elétrons são partículas elementares. Eles são integrais e não se quebram em estruturas menores. Mas essa ideia nem sempre existiu. Os elétrons eram desconhecidos até 1897.
Até os pensadores da Grécia Antiga adivinhavam que tudo no mundo, como um edifício, consiste em muitos "tijolos" microscópicos. O átomo era então considerado a menor unidade da matéria, e essa crença persistiu por séculos.
A noção de átomo mudou apenas no final do século XIX. Após os estudos de J. Thomson, E. Rutherford, H. Lorentz, P. Zeeman, os núcleos atômicos e os elétrons foram reconhecidos como as menores partículas indivisíveis. Com o tempo, prótons, nêutrons e até mais tarde - neutrinos, kaons, pi-mesons, etc. foram descobertos.
Agora a ciência conhece um grande número de partículas elementares, entre as quais os elétrons invariavelmente ocupam seu lugar.
Descoberta de uma nova partícula
No momento em que os elétrons foram descobertos no átomo, os cientistas sabiam há muito tempo sobre a existência de eletricidade e magnetismo. Mas a verdadeira natureza e todas as propriedades desses fenômenos ainda permanecem um mistério, ocupando as mentes de muitos físicos.
Já no início do século XIX, sabia-se que a propagação da radiação eletromagnética ocorre na velocidade da luz. No entanto, o inglês Joseph Thomson, realizando experimentos com raios catódicos, concluiu que eles consistem em muitos grãos pequenos, cuja massa é menor que atômica.
Em abril de 1897, Thomson fez uma apresentação, onde apresentou à comunidade científica o nascimento de uma nova partícula no átomo, que ele chamou de corpúsculo. Mais tarde, Ernest Rutherford, com a ajuda de experimentos com papel alumínio, confirmou as conclusões de seu professor, e os corpúsculos receberam um nome diferente - "elétrons".
Esta descoberta estimulou o desenvolvimento não apenas da ciência física, mas também da química. Permitiu um progresso significativo no estudo da eletricidade e do magnetismo, as propriedades das substâncias, e também deu origem à física nuclear.
O que é um elétron?
Elétrons são as partículas mais leves que possuem carga elétrica. Nosso conhecimento deles ainda é amplamente contraditório e incompleto. Por exemplo, em conceitos modernos, eles vivem para sempre, uma vez que nunca decaem, ao contrário de nêutrons e prótons (a idade teórica de decaimento destes últimos excede a idade do Universo).
Elétrons são estáveis e possuem carga negativa permanente e=1,6 x 10-19Cl. Pertencem à família dos férmions e ao grupo dos léptons. As partículas participam de interações eletromagnéticas e gravitacionais fracas. Eles são encontrados em átomos. As partículas que perderam contato com os átomos são elétrons livres.
A massa dos elétrons é 9,1 x 10-31 kg e é 1836 vezes menor que a massa de um próton. Eles têm spin semi-inteiro e momento magnético. Um elétron é denotado pela letra "e-". Da mesma forma, mas com um sinal de mais, seu antagonista é indicado - a antipartícula pósitron.
O estado dos elétrons em um átomo
Quando ficou claro que o átomo consiste em estruturas menores, foi necessário entender exatamente como elas estão dispostas nele. Portanto, no final do século XIX, surgiram os primeiros modelos do átomo. De acordo com os modelos planetários, prótons (com carga positiva) e nêutrons (neutro) compunham o núcleo atômico. E ao redor dele, os elétrons se moviam em órbitas elípticas.
Essas ideias mudam com o advento da física quântica no início do século XX. Louis de Broglie apresenta a teoria de que o elétron se manifesta não apenas como uma partícula, mas também como uma onda. Erwin Schrödinger cria um modelo de onda de um átomo, onde os elétrons são representados como uma nuvem de certa densidade com uma carga.
É quase impossível determinar com precisão a localização e trajetória dos elétrons ao redor do núcleo. A este respeito, é introduzido um conceito especial de "orbital" ou "nuvem de elétrons", que é o espaço da localização mais provávelpartículas nomeadas.
Níveis de Energia
Existem exatamente tantos elétrons na nuvem ao redor de um átomo quanto prótons em seu núcleo. Todos eles estão a distâncias diferentes. Mais próximos do núcleo estão os elétrons com a menor quantidade de energia. Quanto mais energia as partículas têm, mais longe elas podem ir.
Mas eles não estão dispostos aleatoriamente, mas ocupam níveis específicos que podem acomodar apenas um certo número de partículas. Cada nível tem sua própria quantidade de energia e é dividido em subníveis, e estes, por sua vez, em orbitais.
Quatro números quânticos são usados para descrever as características e o arranjo dos elétrons em níveis de energia:
- n - o número principal que determina a energia do elétron (corresponde ao número do período do elemento químico);
- l - número orbital que descreve a forma da nuvem de elétrons (s - esférica, p - forma oito, d - forma trevo ou dupla oito, f - forma geométrica complexa);
- m é um número magnético que determina a orientação da nuvem em um campo magnético;
- ms é um número de spin que caracteriza a rotação dos elétrons em torno de seu eixo.
Conclusão
Então, os elétrons são partículas estáveis com carga negativa. Eles são elementares e não podem decair em outros elementos. São classificadas como partículas fundamentais, ou seja, aquelas que fazem parte da estrutura da matéria.
Elétrons se movem ao redor dos núcleos atômicos e formam sua camada eletrônica. Eles afetam as propriedades químicas, ópticas,propriedades mecânicas e magnéticas de várias substâncias. Essas partículas participam da interação eletromagnética e gravitacional. Seu movimento direcional cria uma corrente elétrica e um campo magnético.
