من المعرفة
إلكترون
 Theoretical estimates of the electron density for the first few hydrogen atom electron orbitals shown as cross-sections with color-coded probability density | |
| تركيب | Elementary particle |
|---|---|
| الأسرة | فرميون |
| المجموعة | لپتون |
| الجيل | أول |
| التفاعل | Gravity, Electromagnetic, Weak |
| جسيم مضاد | پوزيترون |
| التنظير | G. Johnstone Stoney (1874) |
| اُكتـُشـِف | J.J. Thomson (1897) |
| الرمز | e−, β− |
| الكتلة | 9.10938215(45) × 10-31 kg[1][1] 5.48579909(27) × 10–4 u |
| الكتلة الكهربائية | –1.602176487(40) × 10–19 C[1][1] |
| Spin | ½ |
الإلكترون أو الكهرب هو جسيم دون ذري . تحيط الإلكترونات بالنواة المتكونة من بروتونات ونيترونات في شكل ترتيب إلكتروني. تم استحداث كلمة إلكترون في عام 1894 م وتم اشتقاقها من المصطلح " Electric " كهربي والذي يساوي أصله الإغريقى كلمة عنبر, والذي كان يمكن الحصول على شحنة إلكتروستاتيكية منه عند مسحه بقطعة قماش. ويرجع المقطع الأخير "ون" إلى أنه يتشارك في معظم الجسيمات تحت الذرية التي استخدمت في كلمة أيون.
وكما تم التوضيح فإن الإلكترون له شحنة كهربية سالبة. وعندما يتحرك فإنه يولد تيارا كهربيا. ونظرا لأن الإلكترونات الموجودة في الذرة تحدد الطريقة التي تتفاعل بها الذرة مع الذرات الأخرى, فإنها تساهم بشدة في الخواص الكيميائية للعناصر وبذلك تلعب دورا رئيسيا في الكيمياء .
فهرست |
نظرة عملية على الإلكترون
تصنيف الإلكترونات
الإلكترون عبارة عن أحد الجسيمات تحت النووية، ويطلق عليه أيضا اسم لپتون والذي يعتبر جسيما أساسيا (أي لا يمكن تكسيره للحصول على جسيمات أصغر).
وكلمة جسيم قد تكون محيرة عند استخدامها لدرجة ما، نظرا لأن ميكانيكا الكم أظهرت أن الإلكترون يسلك أيضا سلوك الموجات، أي أن له طبيعة مزدوجة، مثل ما يحدث في تجربة الانشقاق المزدوج أو بمعنى آخر يعتبر الإلكترون جسيم ذو طبيعة موجية.
النظرية الذرية
ميكانيكا الكم
خواص وسلوك الإلكترون
ترجع كلمة إلكترون غالبا إلى نيجاترون مشحون بشحنة كهربية سالبة مقدارها −1.6 × 10−19C وكتلة 9.11 × 10−31 كجم (0.511 MeV)
والذي يساوي تقريباً 1 / 1836 من كتلة البروتون. ويتم التعبير عن ذلك بالرمز e−. وقد قام كارل دي أندرسون باستخدام نفس الكلمة كتعبير عن نيجاترون وبوزيترون, والپوزيترون له نفس الكتلة ونفس الشحنة ولكن بقيمة موجبة.
وتعتبر حركة الإلكترون حول النواة من الموضوعات التي لا يزال فيها جدال حاد. فلا يمكن اعتبار حركة الإلكترون كأي نوع من الحركات في علم الفيزياء نظرا لأن هذه الحركة ليست دائما موجودة, كما لو أن الإلكترون يختفي في بعض الأوقات أثناء دورانه حول النواة. وفي الوقت الحالي لا يمكن التنبؤ بمكان وسرعة الإلكترون في نفس الوقت.
وقد تم عرض هذا الفرض عن طريق مبدأ اللايقين هايزنبرج والذي يتم تطبيقه على الجسيمات التي لها طبيعة تماثل طبيعة الإلكترون, كما يمكن التعبير بصورة أخرى عن ذلك, كلما زادت دقة معرفة مكان الإلكترون كلما قلت دقة معرفة سرعته والعكس صحيح .
الإلكترون له دوران (أو التفاف) يساوى 1 / 2, والذي يثبت أنه فرميون, أي أنه جسيم يتبع إحصائيات فرمى ديراك.
وبينما توجد معظم الإلكترونات في الذرة, فإنه قد توجد بعض الإلكترونات التي تتحرك بمفردها في المادة, أو في شكل شعاع إلكتروني في الفراغ. فتتحرك الإلكترونات في الموصلات الفائقة على هيئة "أزواج كوبر" والتي تتزاوج أثناء حركتها بقرب حواف المادة عن طريق شبكة اهتزازية فيما يعرف بالفونون.
عندما تتحرك الإلكترونات, بعيدا عن النواة, في شكل شبكي فهذا يعرف بالكهرباء أو التيار الكهربائي.
على أن الكهرباء الساكنة, لا تعتبر سريانا للإلكترونات. ولكنها ترجع لأي جسم به عدد أقل أو أكبر من عدد الإلكترونات اللازم لعمل اتزان للشحنة الموجبة الموجودة في النواة. وعندما تكون الإلكترونات أكثر يكون الجسم سالب الشحنة, بينما يكون موجب الشحنة في حالة أن الإلكترونات أقل. ويكون الجسم متعادل الشحنة حينما يكون عدد الإلكترونات مساو لعدد البرتونات.
يمكن للإلكترون والپوزيترون أن يقضيا على بعضهما البعض لتكوين فوتون. وبالعكس فإن الفوتون الذي له طاقة عالية يمكن أن يتحول إلى إلكترون وبوزيترون بعملية يطلق عليها الإنتاج الزوجي.
الإلكترون جسيم أولي أي أنه لا يوجد له تركيب تفصيلي (لم تجد أي من التجارب العلمية حتى الآن أي تركيب تفصيلي له). وعلى هذا فإنه يوصف على أنه شبيه بالنقطة أي لا يوجد له حيز مكاني. وعند النظر بقرب أكثر للإلكترون فيمكن ملاحظة أن خواصه (الشحنة والكتلة) تتغير.
وهذا يحدث بصفة عامة لكل الجسيمات الأولية عند اقترابها من بعضها البعض في الفراغ, وعلى هذا فإن الخواص التي نشاهدها من بعيد تكون محصلة التأثيرات الحادثة في الفراغ.
يوجد ثابت فيزيائي يسمى نصف قطر الإلكترون التقليدي وقيمته 2.8179 × 10−15 م وقد تم الاستدلال على هذه القيمة من شحنة الإلكترون وهذا تم عن طريق النظرية التقليدية للديناميكا الحرارية وبدون وجود نظريات ميكانيكا الكم (أي أنه تصور قديم ولكنه مع ذلك لايزال يصلح للاستخدام في الحسابات).
تقترب سرعة الإلكترون في الفراغ من سرعة الضوء في الفراغ ولكن لا تصل إليها. وهذا راجع للنسبية الخاصة. وتأثير النسبية الخاصة مبني على كمية تعرف بجاما أو عامل لورينتز. وتكون جاما عبارة عن معادلة مبنية على سرعة الجسيم v وسرعة الضوء c وهي كالتالي:
الإلكترون في الكون
من المعروف أن عدد الإلكترونات الموجودة في الكون المعروف هو على الأقل 1079. وهذا الرقم مبني على أساس واحد إلكترون في المتر المكعب من الفضاء.
وبناء على نصف قطر الإلكترون التقليدي وبفروض تغليف الأجسام الكروية فإنه يمكن حساب كمية الإلكترونات التي يمكن أن تملأ الفراغ تقريبا 10130. على أن هذا الرقم أقل بكثير من نصف قطر الإلكترون التقليدي.
التطبيقات
الإلكترون في الصناعة
يتم استخدام شعاع الإلكترونات في اللحام والطبع الحجري .
تجارب الاكتشاف
تم اكتشاف طبيعة الإلكترون بواسطة روبرت ميليكان في تجربة قطرة الزيت في عام 1909 م.
استخدام الإلكترون في المعامل
المجهر الإلكتروني يستخدم لتكبير التفاصيل الدقيقة حتى 500,000 مرة. ويتم استخدام تأثير الكوانتم للإلكترونات في مجهر المسح الأنبوبي.
الإلكترون في النظريات
في ميكانيكا الكم, تم وصف الإلكترون بواسطة معادلة ديراك. في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات فإن الإلكترون يكون ما يشبه المعطف مع (SU(2 مع نيوترونو الإلكترون حيث أنهما يتفاعلان خلال تفاعل الضعف. وللإلكترون شريكان أخران بنفس الشحنة ولكن بكتل مختلفة: موان وتاون.
معاكس المادة للإلكترون هو معاكس الجسيم, البوزيترون. والبوزيترون له نفس كمية الشحنة الموجودة في الإلكترون ولكن شحنته موجبة. وله نفس كتلة ودوران الإلكترون. وعندما يتقابل إلكترون وبوزيترون فإنهما يقضيا على بعضهما البعض, ويكونا 2 فوتون من أشعة جاما, وكل منها له شحنة 0.511 MeV ( 511 KeV ). راجع إبادة إلكترون-بوزيترون.
ويعتبر الإلكترون أيضا عنصرا أساسيا في الإلكتروماجنيتيزم, وهي نظرية مهمة في أنظمة المجهر.
الإلكترون تاريخيا
تم اقتراح الإلكترون كوحدة للشحنة في الكيمياء الإلكترونية بواسطة جى جونستون ستوني في عام 1874 م وفي عام 1894 م, قام هو باختراع الكلمة. واكتشاف أن الإلكترون هو جسيم تحت ذري تم في عام 1897 م بواسطة طومسون في معمل كافينديش, بينما كان يدرس أشعة الكاثود. وبنتائج تجارب جيمس كليرك ماكسويل, واكتشاف أشعة إكس فقد استنتج وجود أشعة الكاثود وأنها جسيمات سالبة الشحنة وسماها كوربوسكل. وقد نشر اكتشافه عام 1897 م.
وينص القانون الدوري أن الخواص الكيميائية للعناصر تكرر نفسها دوريا بشكل كبير وقد كان ذلك أساس الجدول الدوري للعناصر. وقد تم تفسير الجدول مبدئيا عن طريق الكتلة الذرية للعناصر. وعموما فإن الانحرافات التي كانت موجودة في الجدول الدوري تم تفسيرها لاحقا. في عام 1913 قام هنري موزلي بتقديم العدد الذري وقد فسر ذلك القانون الدوري عن طريق عدد البروتونات الموجودة في كل عنصر. وفي نفس العام قام نيلز بور بتوضيح أن الإلكترونات هي الأساس الفعلي للجدول. وفي عام 1916 م, قام جيلبرت نيوتن لويس وإيرفنج لانجمير بتوضيح الترابط الكيميائي للعناصر عن طريق تفاعل الإلكترونات .
| |||||
راجع أيضا
- النموذج القياسي
- جسيم تحت ذري
- البروتون
- البوزيترون
- النيوترون
- التأثير الضوئي الإلكتروني
- البرق
- قائمة الجسيمات
- أشعة الكاثود
- الكهرباء
وصلات خارجية
المراجع
- ويكيبيديا الإنجليزية .
الكتب المراجع
- Arabatzis, Theodore (2006). Representing Electrons: A Biographical Approach to Theoretical Entities. University of Chicago Press. ISBN 0226024210.
- Buchwald, Jed Z.; Warwick, Andrew (2001). Histories of the Electron: The Birth of Microphysics. MIT Press. ISBN 0262524244.
- Griffiths, David J. (2004). Introduction to Quantum Mechanics, 2nd edition, Prentice Hall. ISBN 0-13-805326-X.
- Leicester, Henry M. (1971). The Historical Background of Chemistry. Courier Dover Publications. ISBN 0486610535.
- Longair, Malcolm S. (1994). High Energy Astrophysics: Stars, the Galaxy and the Interstellar Medium. Cambridge University Press. ISBN 0521435846.
- Massimi, Michela (2005). Pauli's Exclusion Principle, The Origin and Validation of a Scientific Principle. Cambridge University Press. ISBN 0521839114.
- Numerous (1986). في Soukhanov, Anne H.: Word Mysteries & Histories. Boston, MA: Houghton Mifflin Company. ISBN 0-395-40265-4.
- Numerous (1970). في Guralnik, David B.: Webster's New World Dictionary. Englewood Cliffs, N. J.: Prentice-Hall, Inc..
- Raith, Wilhelm; Mulvey, Thomas (2001). Constituents of Matter: Atoms, Molecules, Nuclei and Particles. CRC Press. ISBN 0849312027.
- Reed, Bruce Cameron (2007). Quantum Mechanics. Jones & Bartlett Publishers, 275–350. ISBN 0763744514.
- Rigden, John S. (2003). Hydrogen. Harvard University Press, 59–86. ISBN 0674012526.
- Shipley, Joseph T. (1945). Dictionary of Word Origins. New York, N. Y.: Philosophical Library.
- Scerri, Eric R. (2007). The Periodic Table. Oxford University Press US. ISBN 0195305736.
- Schweber, Silvan S. [1962] (2005). An Introduction to Relativistic Quantum Field Theory, 2nd, Dover Publications. ISBN 0-486-44228-4.
- Silk, Joseph (2000). The Big Bang: The Creation and Evolution of the Universe. Macmillan. ISBN 080507256X.
- Smirnov, Boris M. (2003). Physics of Atoms and Ions. Springer. ISBN 038795550X.
- Weinberg, Steven (2003). The Discovery of Subatomic Particles. Cambridge University Press. ISBN 052182351X.
- Zombeck, Martin V. (2007). Handbook of Space Astronomy and Astrophysics, Third edition, Cambridge University Press. ISBN 0521782422.
وصلات خارجية
- The Discovery of the Electron from the American Institute of Physics History Center
- Particle Data Group
- Eric Weisstein's World of Physics: Electron
- Researchers Catch Motion of a Single Electron on Video
