2.3 : سلوك الإلكترون

نظره عامه

الإلكترونات هي الجسيمات دون_الذرية سالبة الشحنة التي تنجذب إلى مدار حول نواة الذرة موجبة الشحنة. و هي تقيم في مواقع ترتبط بمستويات الطاقة التي تسمى الأغلفة ، كما أنها تُنظَّم في شكل أغلفة فرعية و مدارات داخل كل غلاف.

تدور الإلكترونات حول النواة

توجد الإلكترونات في مواقع محددة خارج النواة. يشير الغلاف الذي يوجد فيه الإلكترون إلى مستوى الطاقة العام للإلكترون: أولئك الأقرب إلى النواة لديهم طاقة أقل ، في حين أن أولئك الأبعد في اتجاه الخارج ، لديهم طاقة أكبر. و يصف الغلاف الفرعي موقع الإلكترون و مستواه من الطاقة على نحو أكثر دقة ، و يصف المدار شكل منطقة احتمالية دوران الإلكترون حول النواة. الإلكترونات الأقرب إلى النواة لديها أدنى كمية من الطاقة ، و كلما زادت المسافة بين الإلكترون و النواة ، زاد كذلك مقدار الطاقة التي يحملها الإلكترون. بعيداً عن النواة ، هناك مساحة أكبر للإلكترونات لتدور بحيث يستطيع الغلاف الخارجي أن يحمل إلكترونات أكثر من الأغلفة الداخلية. الإلكترونات الخارجية للذرة موجودة في غلاف التكافؤ و يشار إليها بإلكترونات التكافؤ. تشكل هذه الإلكترونات روابط أيونية و تساهمية مع ذرات أخرى.

اكتشاف الإلكترون

كان الإلكترون أول الجسيمات دون_الذرية التي تم اكتشافها. في أواخر ١٨٩٠ ، أجرى ج.ج. طومسون سلسلة من التجارب باستخدام أنابيب أشعة الكاثود التي من شأنها أن تؤدي إلى اكتشاف الإلكترون.

أنبوب أشعة الكاثود هو أنبوب زجاجي مزود بأقطاب كهربائية متصلة بمصدر طاقة يزودها بالكهرباء. يتم تفريغ معظم الهواء من داخل الأنبوب ، و عندما يتم تطبيق الجهد الكهربائي عبر الأقطاب ، ينتقل شعاع من الجسيمات من القطب الكهربي سالب الشحنة (الكاثود) إلى القطب الكهربي موجب الشحنة (الأنود). الأنود لديه ثقب صغير بحيث يمكن أن تمر الأشعة من خلاله. طلاء الفوسفور على الطرف المقابل من الأنبوب يضيء عندما تضربه أشعة الكاثود.

وجه تومسون شعاع الكاثود بين لوحتين معدنيتين ، إحداهما بشحنة إيجابية و الأخرى بشحنة سالبة ، و قاس موضع الشعاع في الطرف البعيد للأنبوب. عندما مر شعاع بين اللوحين ، كان منحرفا بعيدا عن اللوحة سالبة الشحنة ، و يميل في اتجاه اللوحة موجبة الشحنة. و حيث أنَّ الشحنات المتشابهة تتنافر ، و المتضادة تتجاذب ، فإن هذا يشير إلى أن الجسيمات التي تشكل أشعة الكاثود تمتلك شحنة سالبة. و كشفت تجارب أخرى لحساب نسبة الكتلة إلى الشحنة لجسيمات الكاثود ، أن كتلة كل جسيم سالب الشحنة على حدة كانت ضئيلة ، حوالي ١/٢٠٠٠ من كتلة أي ذرة معروفة. لذلك ، خلص تومسون إلى أنه يجب أن يكون هناك العديد من الإلكترونات الموجودة في أي ذرة معينة. في و قت لاحق ، فإن اكتشاف البروتونات و النيوترونات يفسر توزيع الكتلة و الشحنة الكلية المحايدة الموجودة في الذرة.