Об электроне

– Здравствуйте, друзья! Хочу познакомить вас с электроном. Или, точнее, представить его вам. Только это не так-то просто: очень он маленький, подвижный, почти неуловимый... Да и говорить не умеет.

– В самом деле, не умеет говорить? Может быть, мы просто языка не знаем?

– Ну, если он вызывает ваш интерес, давайте, изучим и его язык. Правда, электрон не может рассказать о себе словами. О нем узнают по его поведению. Давно уже ученые изучают этот язык и на нем задают вопросы природе. Опыты, которые они ставят, – это как раз и есть вопросы, и природа зачастую дает им ответ.

Все вы не раз читали, как еще в древности люди открыли электричество. Они обнаружили, что при трении кусочка янтаря о шелковую ткань он приобретает удивительное свойство – может притягивать к себе легкие предметы. Греки называли янтарь электроном. Отсюда и слово электричество.

Особый интерес к электричеству проявили ученые в XVII и XVIII веках. Тогда же появилась и первая теория о сущности электричества. Ее создатель – знаменитый Бенджамин Франклин – да, тот самый, известный деятель борьбы за независимость британских колоний в Америке. Теперь мы познакомимся с его работами по изучению электрических явлений. (Между прочим, это он изобрел громоотвод.) Самым значительным достижением ученого является попытка выяснить природу электричества. В соответствии с философскими представлениями своего времени о явлениях природы, Франклин ищет материальный носитель электричества, который походил бы на известные ему вещества. Он говорит об особом «электрическом флюиде», или об «электрической жидкости», которая содержится в телах и может переходить из одного тела в другое. Количество этого флюида определяет знак электричества. По мнению Франклина, «электрическая материя» состоит из частиц, которые так малы, что могут легко и свободно проникать в обыкновенную, даже самую плотную материю, не встречая при этом никакого сопротивления.

Предположения Франклина отражали идею о существовании мельчайших материальных носителей электричества, «атомов электричества». Точка зрения Франклина была очень близка взглядам древнегреческих философов Левкиппа и Демокрита, которые считали, что вещество состоит из мельчайших частиц – атомов. Почему же не может существовать ничтожно малое количество электричества? Понадобились века, чтобы подтвердить идеи Демокрита. Не могло ли то же самое произойти и с «атомами электричества»? Ученый мир с доверием встретил гипотезу Франклина. Исследователи начали искать эти мельчайшие наэлектризованные частицы и при объяснении результатов своих опытов принимали во внимание возможность их существования.

В 1833 г. англичанин Майкл Фарадей открывает законы электролиза. Он устанавливает, что электрический заряд, который должен пройти через электролит, чтобы выделить один моль вещества, не произволен. Так, например, для выделения 1 г водорода, 23 г натрия, 35,45 г хлора или 107,87 г серебра (т. е. по одному молю каждого из этих веществ) необходимо через электролит пропустить электрический заряд, равный 96 500 кулонов (Кл). Для выделения одного моля магния (24,31 г), кальция (40,08 г) или цинка (65,38 г) пропущенный электрический заряд увеличивается в два раза, он равен 193 000 кулонов (Кл).

Результаты этих экспериментов можно легко объяснить, если предположить, что каждый атом водорода, натрия, хлора или серебра переносит через электролит один и тот же электрический заряд – е, а каждый атом магния, кальция или цинка вдвое больший – 2е.

Окончательное подтверждение идеи атомарной природы электричества принадлежит немецкому физику Герману Гельмгольцу. В лекции, посвященной памяти Фарадея, Гельмгольц сказал: «Самым поразительным следствием закона Фарадея может быть следующее: если принять гипотезу о том, что обыкновенные вещества состоят из атомов, нельзя не прийти к выводу, что электричество, как положительное так и отрицательное, также состоит из определенных элементарных порций, которые соотносятся между собой как атомы электричества».

Пришло время спросить природу: где эти атомы электричества? Как они выглядят, какими свойствами обладают? Следовало отделить их от атомов вещества, а также открыть и изучить такие физические процессы, в которых атомы электричества проявили свои свойства. Такая возможность представилась при исследовании явлений в разреженных газах.

Было установлено, что при прохождении электрического заряда в стеклянных трубках, наполненных разреженными газами, проявляются лучи, которые распространяются от катода к аноду (их так и назвали катодными лучами).

Катодные лучи исследовали многие ученые. В опытах с катодными лучами В. Рентген открыл новые лучи (Х-лучи), названные в его честь рентгеновскими (1895 г.). Немецкий ученый Ф. Ленард установил, что катодные лучи могут проникать через очень тонкое окошко за пределы вакуумной трубки. Ленард впервые стал изучать их вне прибора, исследуя способность катодных лучей проникать в различные вещества (например, проходить через тонкую пластинку золота). Эти работы привели ученых к открытию явления радиоактивности (А. Беккерель, 1896 г.).


Полезное чтиво:
Траектория движения катодных лучей
Схема движения электронов
Движение электронов вокруг ядра
Электроны и ядра атомов
Атомы химических элементов
О химических процессах