Сегодняшняя статья будет крайне скучной. Потому что за окном льёт дождь и хочется спать. И ещё диктор в строгом костюме и очках с толстой чёрной оправой монотонно рассказывает с экрана телевизионного приёмника «Смена» о проблемах птичьего гриппа в свиноводческих хозяйствах центра Москвы…
Итак, учитывая всё вышеизложенное, ни у кого, наверное, не осталось сомнений, что сегодня мы поговорим об одной очень интересной частице под названием «электрон». (Если связь текста первого абзаца этой статьи с её темой не кажется Вам очевидной, то перечитайте внимательно первый абзац ещё раз).
Что же такое электрон? Многие из нас представляют его как маленький шарик, на боку которого нанесена буква e. Или просто знак «минус». И этот шарик вращается вокруг ядра атома точно так же, как Земля вращается вокруг Солнца. Однако это, вероятнее всего, не так. Потому что у науки нет ни одного изображения электрона. Есть только изображения его следов, предсказанные физиками.
Давайте сегодня узнаем, друзья мои, что же думают эти самые бородатые физики по поводу электрона. И какие свойства этой частицы им известны.
Повторю – это может быть немного скучно. И если Вам всё это давно известно, то смело захлопывайте свой ноутбук и идите на веранду пить цейлонский чай с малиновым вареньем. Ну а кому интересно – начинаем.
Какой такой электрон?
Первое. Электрон – это элементарная частица. Это означает, что он не делится на более простые частицы. По крайней мере на настоящий момент разделить электрон еще никому не удавалось. И что? (Может сейчас сказать самый умный мой читатель). Да кто не знает, что электрон – это элементарная частица? Любой лохматый пятиклассник с пелёнок знает об этом!
Простите, но я специально обратил на это внимание. Потому что многие люди, те же пятиклассники, называют «элементарными частицами» то, что таковыми не является. Например, протоны и нейтроны не являются элементарными частицами. Они состоят из других частиц – кварков. И когда-нибудь мы поговорим об этом. А вот электрон не имеет внутренней структуры. То есть он состоит как бы «сам из себя».
Втрое. Электрон — это фермион. Это означает, что это очень «индивидуалистическая» частица. Только один электрон может иметь определённое квантовое состояние. И если уже есть электрон, имеющий какое-то состояние, другие электроны его иметь не могут. Фермионы – это в основном частицы, из которых и состоит материя. К ним, кстати, относятся и упомянутые выше протоны и нейтроны, как и составляющие их кварки.
Если бы электроны не были фермионами, атом собрал бы их все вместе возле ядра, и не было бы ни энергетических уровней, ни валентностей, ни химических реакций, ни людей, ни даже кошек. Тот факт, что электроны в атоме организованы в «оболочки» наподобие слоёв луковицы, связан с тем, что они являются фермионами.
Третье. Электрон – это лептон. Это означает, что на него не действует сильное ядерное взаимодействие. Именно эта сила удерживает вместе составляющие ядра атомов протоны и нейтроны. Однако, как Вы, наверное, знаете, электронов в ядре нет. И именно поэтому их нет: если бы электроны не были лептонами, на них эта сила влияла бы. И электрон не образовывал бы некое «облако» вокруг ядра, а был бы его частью.
Четвёртое. Электрон имеет электрический заряд величиной ровно -1 (какое точное совпадение, Вы не находите!😁). И поэтому мы часто говорим, что он имеет «отрицательный заряд». Это не значит, что он какой-то плохой. Просто так принято. Мы называем заряд «положительным» и «отрицательным» вовсе не из-за каких-то их особенных свойств. А просто для того, чтобы отделить один от другого. С тем же успехом мы могли бы назвать их «зелёным» и «красным».
На самом деле использовать такие обозначения очень удобно. По разным причинам. Например, это позволяет складывать заряды, вычитать, умножать и т.д. Так что эти обозначения придуманы не зря.
В любом случае – электрон имеет заряд. И вследствие этого на него действует электромагнитная сила. Поэтому он и «крутится» вокруг «положительно» заряженного ядра.
Пятое. Электрон имеет массу около 10^-30кг. Это ничтожно маленькая масса. Но она есть. В Вашем, дорогой мой читатель, теле, тысячи квадриллионов электронов. Однако лишний вес на них списать никак не получится. Поскольку их общая масса составляет всего несколько граммов! Хотя есть частицы и покруче. Которые вообще не имеют массы. Или имеют массу даже меньше массы электрона.
Скучно без электронов
Почти все электроны во Вселенной (а считается, что их около 10^79) находятся в атомах водорода. Которые имеют один протон и один электрон. Конечно, электроны есть у всех атомов. И фактически благодаря им и существует периодическая таблица химических элементов имени Дмитрия Ивановича Менделеева.
Как мы уже говорили выше, будучи фермионами, электроны в атоме не могут занимать одно и то же квантовое состояние. В противном случае электроны подошли бы как можно ближе к ядру, где у них была бы наименьшая энергия.
Но, будучи фермионами, они занимают определённое положение и не дают это делать никому другому. Поэтому чем больше у атома электронов, тем они должны занимать «ступеньки» все более и более «выше» и дальше от ядра. Эта структура и даёт каждому элементу его свойства и его место в периодической таблице.
Итак. Электрон – это элементарная частица. Это фермион и одновременно лептон с зарядом -1 и массой около 10^-30кг. Принципиальное значение электрона состоит в том, что он отвечает за связи между атомами. И, следовательно, за химические реакции. Без электронов Вселенная была бы очень скучным местом, где все атомы вели бы себя более или менее одинаково. И никогда не объединились бы вместе, чтобы сформировать молекулы…
Надеюсь, что Вы всё-таки не заскучали сегодня. Я старался.
А знаете, какая передача началась сейчас по телевизору? О Нобелевской премии по физике 1906 года, присуждённой английскому физику Джозефу Томсону за открытие электрона.
