المناهج

ماهي الإلكترونات

ماهو الإلكترون

الإلكترون هو جسيم ذري سالب الشحنة ،  يمكن أن يكون إما حرًا (غير مرتبط بأي ذرة) ، أو مرتبطًا بنواة الذرة ، توجد الإلكترونات الموجودة في الذرات

في أذرع كروية من أنصاف أقطار مختلفة ، تمثل مستويات الطاقة .

ويرمز للإلكترون بالرمز e  أو B  ، و تنتمي الإلكترونات إلى الجيل الأول من عائلة جسيمات اللبتون ،  ويُعتقد عمومًا أنها جسيمات أولية لأنها لا تحتوي

على مكونات أو بنية أساسية معروفة ، و للإلكترون كتلة تقارب 1/1836 كتلة البروتون ،  تتضمن الخواص الميكانيكية للإلكترون زخمًا زاويًا جوهريًا

(تدور) بقيمة نصف عدد صحيح ، و لا يمكن لأي إلكترونين شغل نفس الحالة الكمية .

تابع ماهو الإلكترون

و تعرض الإلكترونات خواص كل من الجزيئات والأمواج : يمكن أن تصطدم بجزيئات أخرى ويمكن أن تنحرف مثل الضوء ، و من السهل ملاحظة خصائص

موجات الإلكترونات مع تجارب أكثر من تلك الموجودة في الجسيمات الأخرى مثل النيوترونات والبروتونات لأن الإلكترونات لها كتلة أقل وبالتالي طول موجة

دي برولي أطول لطاقة معينة.

تلعب الإلكترونات دورًا أساسيًا في العديد من الظواهر الفيزيائية ، مثل الكهرباء والمغناطيسية والكيمياء والتوصيل الحراري ، وتشارك أيضًا في

التفاعلات الجاذبية و الكهرومغناطيسية والضعيفة ، نظرًا لأن للإلكترون شحنة ، فإنه يحتوي على مجال كهربائي محيط ، وإذا كان هذا الإلكترون

يتحرك بالنسبة للمراقب ، فإن المراقب سوف يلاحظ ذلك لتوليد مجال مغناطيسي ، وستؤثر الحقول الكهرومغناطيسية المنتجة من مصادر أخرى على

حركة الإلكترون وفقًا لقانون قوة لورنتز .

تشع الإلكترونات أو تمتص الطاقة في شكل فوتونات عندما يتم تسريعها ،  الأدوات المخبرية قادرة على حبس الإلكترونات الفردية وكذلك بلازما

الإلكترون باستخدام الحقول الكهرومغناطيسية ، و يمكن للتلسكوبات الخاصة اكتشاف بلازما الإلكترون في الفضاء الخارجي ، كما تشارك الإلكترونات

في العديد من التطبيقات مثل الإلكترونيات واللحام وأنابيب أشعة الكاثود والمجاهر الإلكترونية والعلاج الإشعاعي والليزر وكاشفات التأين الغازي

ومسرعات الجسيمات .

تعتبر الشحنة على إلكترون واحد هي الشحنة الكهربائية للوحدة  ، تكون الشحنة الموجودة على الإلكترون مساوية ، ولكن العكس ، للشحنة الموجبة على بروتون أو ثقب ،  لا يتم قياس كمية الشحنة الكهربائية عادةً من حيث الشحن على إلكترون واحد ، لأن هذه الشحنة صغيرة جدًا ،  بدلاً من ذلك ، الوحدة المعيارية لكمية الشحنة الكهربائية هي كولوم ، يرمز لها بـ C ، و تمثل حوالي 6.24 × 1018 إلكترون ، و تبلغ شحنة الإلكترون ، التي يرمز إليها بالرمز e ، حوالي 1.60 × 10-19 مئوية ، وتبلغ كتلة الإلكترون ، حوالي 9.11 × 10-31 كيلوغرام ، الإلكترونات التي تتحرك في جزء ملموس من سرعة الضوء ، على سبيل المثال في مسرع الجسيمات ، لها كتلة أكبر بسبب الآثار النسبية .

متى تم اكتشاف الإلكترون

تم اكتشاف الإلكترون في عام 1897 من قبل الفيزيائي الإنجليزي جي . طومسون أثناء التحقيقات في أشعة الكاثود ، و لعب اكتشافه للإلكترونات ، الذي أطلق عليها في البداية الجسيمات ، دورًا محوريًا في إحداث ثورة في معرفة التركيب الذري ، في ظل الظروف العادية ، ترتبط الإلكترونات بنواة الذرات المشحونة إيجابياً عن طريق الجذب بين الشحنات الكهربائية المعاكسة ، في ذرة محايدة ، يكون عدد الإلكترونات مطابقًا لعدد الشحنات الموجبة على النواة ، ومع ذلك ، قد تحتوي أي ذرة على إلكترونات أكثر أو أقل من الشحنات الموجبة ، وبالتالي تكون سالبة أو موجبة الشحنة ككل ؛ تعرف هذه الذرات المشحونة بالأيونات ، ليست كل الإلكترونات مرتبطة بالذرات ؛ يحدث البعض في حالة حرة مع أيونات في شكل مادة تعرف باسم البلازما .

داخل أي ذرة معينة ، تتحرك الإلكترونات حول النواة في ترتيب منظم للمدارات ، والتغلب على الإلكترونات والنواة يتغلب على الطرد بين الإلكترونات التي من شأنها أن تتسبب في تحليقها ، يتم تنظيم هذه المدارات في قذائف متحدة المركز تتجه للخارج من النواة ،  الإلكترونات الموجودة في المدارات الأقرب للنواة تُحكم بشدة ، أما المدارات الموجودة في أقصى المدارات الخارجية فتتم حمايتها عن طريق الإلكترونات المتداخلة وهي الأكثر قابلية للنواة .

وبينما تتحرك الإلكترونات داخل هذا الهيكل ، فإنها تشكل سحابة منتشرة ذات شحنة سالبة تشغل كامل حجم الذرة تقريبًا ، يشار إلى الترتيب الهيكلي المفصل للإلكترونات داخل الذرة باسم التكوين الإلكتروني للذرة ،  يحدد التكوين الإلكتروني ليس فقط حجم الذرة الفردية ولكن أيضًا الطبيعة الكيميائية للذرة ، و يعتمد تصنيف العناصر داخل مجموعات العناصر المتماثلة في الجدول الدوري ، على سبيل المثال ، على التشابه في بنياتها الإلكترونية.

 قيمة شحنة الإلكترون

لقد عرف العلماء منذ أواخر القرن التاسع عشر أن الإلكترون له شحنة كهربائية سالبة ،  تم قياس قيمة هذه الشحنة لأول مرة بواسطة الفيزيائي الأمريكي روبرت ميليكان بين عامي 1909 و 1910 ، في تجربة ميليكان لإسقاط النفط ، قام بتعليق قطرات الزيت الصغيرة في غرفة تحتوي على رذاذ زيت ، عن طريق قياس معدل سقوط قطرات النفط ، كان قادرا على تحديد وزنهم ، يمكن عندئذٍ إبطاء أو إيقاف قطرات الزيت التي تحتوي على شحنة كهربائية (التي يتم الحصول عليها ، على سبيل المثال ، عن طريق الاحتكاك عند الحركة في الهواء) عن طريق استخدام القوة الكهربائية.

من خلال مقارنة القوة الكهربائية المطبقة مع التغيرات في الحركة ، استطاع ميليكان تحديد الشحنة الكهربائية في كل قطرة ،  بعد أن قام بقياس العديد من القطرات ، وجد أن التهم الموجهة إليهم كلها كانت مضاعفات بسيطة برقم واحد. كانت هذه الوحدة الأساسية من الشحنة هي الشحنة على الإلكترون ، وكانت الشحنات المختلفة على قطرات الزيت مطابقة لتلك التي تحتوي على إلكترونات إضافية 2 ، 3 ، 4 ، … من المقبول الآن أن تكون الشحنة على الإلكترون 1.602176565 × 10−19 كولوم ، لهذا العمل ، حصل ميليكان على جائزة نوبل للفيزياء في عام 1923.

تكون شحنة البروتون مساوية للحجم الموجود على الإلكترون ، لكن في المقابل ، يكون البروتون له شحنة موجبة. لأن الشحنات الكهربائية المعاكسة تجذب بعضها البعض ، فهناك قوة جذابة بين الإلكترونات والبروتونات. هذه القوة هي التي تبقي الإلكترونات في مدارها حول النواة ، وهو ما يشبه الطريقة التي يبقي بها الجاذبية الأرض في مدار حول الشمس.

هيكل الذرة

يمكن تحديد عدد البروتونات والنيوترونات والإلكترونات الموجودة في الذرة من مجموعة من القواعد البسيطة.

– عدد البروتونات في نواة الذرة يساوي العدد الذري (Z).

– وعدد الإلكترونات في ذرة محايدة يساوي عدد البروتونات.

– عدد الكتلة من الذرة (M) يساوي مجموع عدد البروتونات والنيوترونات في النواة.

– وعدد النيوترونات يساوي الفرق بين عدد كتلة الذرة (M) والرقم الذري (Z).

المدارات ومستويات الطاقة

لا يمكن أن تكون الإلكترونات في أي مكان تعسفي من النواة على عكس الكواكب التي تدور حول الشمس ؛ فيمكن فقط أن تتواجد في مواقع محددة معينة تسمى المدارات المسموح بها ، هذه الخاصية ، التي أوضحها الفيزيائي الدنماركي نيلز بور في عام 1913 ، هي نتيجة أخرى لميكانيكا الكم – وتحديداً ، شرط أن يكون الزخم الزاوي للإلكترون في المدار ، مثله مثل أي شيء آخر في العالم الكمي ، يأتي في حزم منفصلة تسمى كوانتا .

السابق
الخاصية الشعرية
التالي
الفرق بين الاحتراق التام والاحتراق غير التام