Tout ce qui nous entoure sur la planète est constitué de petites particules insaisissables. Les électrons en font partie. Leur découverte est relativement récente. Et cela a ouvert de nouvelles idées sur la structure de l'atome, les mécanismes de transmission de l'électricité et la structure du monde dans son ensemble.
Comment l'indivisible a été divisé
Au sens moderne, les électrons sont des particules élémentaires. Ils sont intégraux et ne se divisent pas en structures plus petites. Mais une telle idée n'a pas toujours existé. Les électrons étaient inconnus jusqu'en 1897.
Même les penseurs de la Grèce antique ont deviné que chaque chose dans le monde, comme un bâtiment, se compose de nombreuses "briques" microscopiques. L'atome était alors considéré comme la plus petite unité de la matière, et cette croyance a persisté pendant des siècles.
La notion d'atome n'a changé qu'à la fin du XIXe siècle. Après les études de J. Thomson, E. Rutherford, H. Lorentz, P. Zeeman, les noyaux atomiques et les électrons ont été reconnus comme les plus petites particules indivisibles. Au fil du temps, des protons, des neutrons et même plus tard - des neutrinos, des kaons, des mésons pi, etc. ont été découverts.
Maintenant, la science connaît un grand nombre de particules élémentaires, parmi lesquelles les électrons occupent invariablement leur place.
Découverte d'une nouvelle particule
Au moment où les électrons ont été découverts dans l'atome, les scientifiques connaissaient depuis longtemps l'existence de l'électricité et du magnétisme. Mais la vraie nature et toutes les propriétés de ces phénomènes restent encore un mystère, occupant l'esprit de nombreux physiciens.
Déjà au début du XIXe siècle, on savait que la propagation du rayonnement électromagnétique se faisait à la vitesse de la lumière. Cependant, l'Anglais Joseph Thomson, menant des expériences avec des rayons cathodiques, a conclu qu'ils sont constitués de nombreux petits grains, dont la masse est inférieure à celle de l'atome.
En avril 1897, Thomson fait une présentation, où il présente à la communauté scientifique la naissance d'une nouvelle particule dans l'atome, qu'il appelle un corpuscule. Plus tard, Ernest Rutherford, à l'aide d'expériences avec du papier d'aluminium, a confirmé les conclusions de son professeur et les corpuscules ont reçu un nom différent - "électrons".
Cette découverte a stimulé le développement non seulement de la science physique mais aussi de la science chimique. Elle a permis des progrès significatifs dans l'étude de l'électricité et du magnétisme, les propriétés des substances, et a également donné naissance à la physique nucléaire.
Qu'est-ce qu'un électron ?
Les électrons sont les particules les plus légères qui ont une charge électrique. Notre connaissance d'eux est encore largement contradictoire et incomplète. Par exemple, dans les concepts modernes, ils vivent éternellement, puisqu'ils ne se désintègrent jamais, contrairement aux neutrons et aux protons (l'âge théorique de désintégration de ces derniers dépasse l'âge de l'Univers).
Les électrons sont stables et ont une charge négative permanente e=1,6 x 10-19Cl. Ils appartiennent à la famille des fermions et au groupe des leptons. Les particules participent à une faible interaction électromagnétique et gravitationnelle. On les trouve dans les atomes. Les particules qui ont perdu le contact avec les atomes sont des électrons libres.
La masse des électrons est de 9,1 x 10-31 kg et est 1836 fois inférieure à la masse d'un proton. Ils ont un spin et un moment magnétique demi-entiers. Un électron est désigné par la lettre "e-". De la même manière, mais avec un signe plus, son antagoniste est indiqué - l'antiparticule de positons.
L'état des électrons dans un atome
Lorsqu'il est devenu clair que l'atome est constitué de structures plus petites, il a fallu comprendre exactement comment elles y sont disposées. Ainsi, à la fin du 19ème siècle, les premiers modèles de l'atome sont apparus. Selon les modèles planétaires, les protons (chargés positivement) et les neutrons (neutres) constituaient le noyau atomique. Et autour de lui, les électrons se déplaçaient sur des orbites elliptiques.
Ces idées changent avec l'avènement de la physique quantique au début du XXe siècle. Louis de Broglie avance la théorie selon laquelle l'électron se manifeste non seulement comme une particule, mais aussi comme une onde. Erwin Schrödinger crée un modèle d'onde d'un atome, où les électrons sont représentés comme un nuage d'une certaine densité avec une charge.
Il est presque impossible de déterminer avec précision l'emplacement et la trajectoire des électrons autour du noyau. À cet égard, un concept spécial de "nuage orbital" ou "d'électrons" est introduit, qui est l'espace de l'emplacement le plus probableparticules nommées.
Niveaux d'énergie
Il y a exactement autant d'électrons dans le nuage autour d'un atome qu'il y a de protons dans son noyau. Tous sont à des distances différentes. Les électrons les plus proches du noyau sont ceux qui ont le moins d'énergie. Plus les particules ont d'énergie, plus elles peuvent aller loin.
Mais ils ne sont pas disposés au hasard, mais occupent des niveaux spécifiques qui ne peuvent accueillir qu'un certain nombre de particules. Chaque niveau a sa propre quantité d'énergie et est divisé en sous-niveaux, et ceux-ci, à leur tour, en orbitales.
Quatre nombres quantiques sont utilisés pour décrire les caractéristiques et la disposition des électrons sur les niveaux d'énergie:
- n - le nombre principal qui détermine l'énergie de l'électron (correspond au numéro de la période de l'élément chimique);
- l - numéro orbital qui décrit la forme du nuage d'électrons (s - sphérique, p - forme en huit, d - forme en trèfle ou double huit, f - forme géométrique complexe);
- m est un nombre magnétique qui détermine l'orientation du nuage dans un champ magnétique;
- ms est un nombre de spin qui caractérise la rotation des électrons autour de son axe.
Conclusion
Ainsi, les électrons sont des particules stables chargées négativement. Ils sont élémentaires et ne peuvent pas se désintégrer en d'autres éléments. Elles sont classées comme particules fondamentales, c'est-à-dire celles qui font partie de la structure de la matière.
Les électrons se déplacent autour des noyaux atomiques et constituent leur couche d'électrons. Ils affectent les propriétés chimiques, optiques,propriétés mécaniques et magnétiques de diverses substances. Ces particules participent à l'interaction électromagnétique et gravitationnelle. Leur mouvement directionnel crée un courant électrique et un champ magnétique.
