Zachowanie elektronów

Przegląd

Elektrony to ujemnie naładowane cząstki subatomowe, które są przyciągane na orbitę wokół dodatnio naładowanego jądra atomu. Znajdują się w miejscach, które są związane z poziomami energii zwanymi powłokami i są dalej zorganizowane w podpowłoki i orbitale w każdej powłoce.

Elektrony krążą wokół jądra

Elektrony znajdują się w określonych miejscach poza jądrem. Powłoka, w której znajduje się elektron, wskazuje ogólny poziom energii elektronu: te bliżej jądra mają mniej energii, podczas gdy te, które są dalej, mają więcej energii. Podpowłoka dokładniej opisuje położenie i poziom energetyczny elektronu, a orbital opisuje kształt obszaru prawdopodobieństwa, w którym elektron krąży wokół jądra. Elektrony, które znajdują się najbliżej jądra, mają najmniejszą ilość energii, a wraz ze wzrostem odległości między elektronem a jądrem rośnie również ilość energii, którą niesie elektron. Dalej od jądra jest więcej miejsca na orbitę dla elektronów, dzięki czemu powłoki zewnętrzne mogą pomieścić więcej elektronów niż powłoki wewnętrzne. Najbardziej zewnętrzne elektrony atomu znajdują się w powłoce walencyjnej i są określane jako elektrony walencyjne. Elektrony te tworzą wiązania jonowe i kowalencyjne z innymi atomami.

Odkrywanie elektronu

Elektron był pierwszą odkrytą cząstką subatomową. Pod koniec lat dziewięćdziesiątych XIX wieku J. J. Thomson przeprowadził serię eksperymentów z użyciem lamp katodowych, które doprowadziły do odkrycia elektronu.

Lampa elektronopromieniowa to szklana rura z dwiema elektrodami, które są podłączone do źródła zasilania dostarczającego energię elektryczną. Próżnia usuwa większość powietrza z wnętrza rury, a gdy napięcie jest przyłożone do elektrod, wiązka cząstek przemieszcza się z ujemnie naładowanej elektrody (katody) do dodatnio naładowanej elektrody (anody). Anoda ma mały otwór, przez który mogą przechodzić promienie. Powłoka luminoforowa na przeciwległym końcu rurki świeci, gdy padają na nią promienie katodowe.

Thomson skierował promień katody między dwie metalowe płytki, jedną z ładunkiem dodatnim, a drugą z ładunkiem ujemnym, i zmierzył położenie promienia na drugim końcu rury. Kiedy promień przechodził między dwiema płytami, był odchylany od ujemnie naładowanej płyty, zaginając się w kierunku dodatnio naładowanej płyty. Ponieważ podobne ładunki odpychają się, a przeciwne przyciągają się, oznaczało to, że cząstki tworzące promień katodowy miały ładunek ujemny. Dalsze eksperymenty mające na celu obliczenie stosunku masy do ładunku cząstek katody ujawniły, że masa każdej pojedynczej ujemnie naładowanej cząstki była niewielka, około 1/2000 masy jakiegokolwiek znanego atomu. Thomson doszedł zatem do wniosku, że w każdym atomie musi być obecnych wiele elektronów. Późniejsze odkrycie protonów i neutronów wyjaśniłoby rozkład masy i ogólnego ładunku neutralnego obecnego w atomie.