2.3: Поведение электрона

Обзор

Электроны являются отрицательно заряженными субатомными частицами, которые вытягиваются на орбиту вокруг положительно заряженного ядра атома. Они находятся в местах, связанных с энергетическими уровнями, называемыми оболочками, и дополнительно организованы в суб-оболочку и орбитали в каждой оболочке.

Электроны вращаются вокруг ядра

Электроны находятся в определенных местах за пределами ядра. Оболочка, в которой находится электрон, указывает на общий энергетический уровень электрона: те, кто ближе к ядру, имеют меньше энергии, в то время как те, которые находятся дальше, имеют больше энергии. Суб-оболочка описывает расположение и энергетический уровень электрона более точно, а орбиталь описывает форму области вероятности, в которой электрон вращается вокруг ядра. Электроны, которые находятся ближе всего к ядру, имеют наименьшее количество энергии, и по мере увеличения расстояния между электроном и ядром увеличивается и количество энергии, которое несет электрон. Дальше от ядра, есть больше пространства для электронов на орбите, так что внешние оболочки могут держать больше электронов, чем внутренние оболочки. Внешние электроны атома находятся в оболочке валентности и называются валентные электроны. Эти электроны образуют ионные и ковалентные связи с другими атомами.

Открытие электрона

Электрон был первой субатомной частицей, которая была обнаружена. В конце 1890-х годов Джей Джей Томсон провел серию экспериментов с использованием катодных лучевых трубок, которые в итоге привели к открытию электрона.

Катодная лучевая трубка – это стеклянная трубка с двумя электродами, которые подключены к источнику питания, снабжаемого электроэнергией. Вакуум удаляет большую часть воздуха из внутренней части трубки, а когда напряжение наносится через электроды, луч частиц перемещается от отрицательно заряженного электрода (катода) к положительно заряженной электроду (аноду). Анод имеет небольшое отверстие, так что лучи могут пройти. Фосфорное покрытие на противоположном конце трубки светится, когда катодные лучи ударяются в него.

Томсон направил катодный луч между двумя металлическими пластинами, одна с положительным зарядом и одна с отрицательным зарядом, и измерил положение луча на дальнем конце трубки. Когда луч прошел между двумя пластинами, он был отклонен от отрицательно заряженной пластины, и изогнулся в направлении положительно заряженной пластины. Ввиду того что сходные заряды отталкиваются и противоположные заряды притягиваются, можно сделать вывод, что частицы, составляющие катодный луч, обладали отрицательным зарядом. Дальнейшие эксперименты по расчету соотношения массы к заряду катодных частиц показали, что масса каждой отдельной отрицательно заряженной частицы была крошечной, около 1/2000 массы любого известного атома. Томсон, таким образом, пришел к выводу, что в том или ином атоме должно быть много электронов. Позже открытие протонов и нейтронов объяснило распределение массы и общего нейтрального заряда, присутствующего в атоме.