1 из основных свойств электрона является наличие. Электрон. Образование и строение электрона. Магнитный монополь электрона

Электроном является элементарная частица, являющаяся одной из главных единиц в структуре вещества. Заряд электрона отрицательный. Самый точные измерения были сделаны в начале двадцатого века Милликеном и Иоффе.

Заряд электрона равен минус 1,602176487 (40)*10 -1 9 Кл.

Через эту величину измеряется электрический заряд других мельчайших частиц.

Общее понятие об электроне

В физике элементарных частиц говорится, что электрон — неделимый и не обладающий структурой. Он задействован в электромагнитных и гравитационных процессах, принадлежит к лептоновой группе, так же как и его античастица — позитрон. Среди других лептонов обладает самым легким весом. Если электроны и позитроны сталкиваются, это приводит к их аннигиляции. Подобная пара может возникнуть из гамма-кванта частиц.

До того как измерили нейтрино, именно электрон считался самой легкой частицей. В квантовой механике его относят к фермионам. Также электрон имеет магнитный момент. Если к нему относят и позитрон, то разделяют позитрон как положительно заряженную частицу, а электрон называют негатроном, как частицу с отрицательным зарядом.

Отдельные свойства электронов

Электроны относят к первому поколению лептонов, со свойствами частиц и волн. Каждый из них наделен состоянием кванта, которое определяют в результате измерения энергии, спиновой ориентации и других параметров. Принадлежность к фермионам у него раскрывается через невозможность нахождения в одном состоянии кванта одновременно двух электронов (по принципу Паули).

Его изучают так же, как квазичастицу в периодическом кристаллическом потенциале, у которой эффективная масса способна существенно отличаться от массы в состоянии покоя.

Посредством движения электронов происходит электрический ток, магнетизм и термо ЭДС. Заряд электрона в движении образует магнитное поле. Однако внешнее магнитное поле отклоняет частицу от прямого направления. При ускорении электрон приобретает способность поглощения или излучения энергии в качестве фотона. Из его множества состоят электронные атомические оболочки, число и положение которых определяют химические свойства.

Атомическая масса в основном состоит из ядерных протонов и нейтронов, в то время как масса электронов состовляет порядка 0,06 % от всего атомного веса. Электрическая сила Кулона является одной из главных сил, способных удерживать электрон рядом с ядром. Но когда из атомов создаются молекулы и возникают химические связи, электроны перераспределяются в новом образованном пространстве.

В появлении электронов участвуют нуклоны и адроны. Изотопы с радиоактивными свойствами способны излучать электроны. В условиях лабораторий эти частицы могут изучаться в специальных приборах, а например, телескопы могут детектировать от них излучения в плазменных облаках.

Открытие

Электрон открыли немецкие физики в девятнадцатом веке, когда изучали катодные свойства лучей. Затем другие ученые стали более детально изучать его, выводя в ранг отдельной частицы. Изучалось излучение и другие связанные физические явления.

К примеру, группа во главе с Томсоном оценила заряд электрона и массу катодных лучей, отношения которых, как она выяснили, не зависят от материального источника.
А Беккерель выяснил, что минералы излучают радиацию сами по себе, а их бета-лучи способны отклоняться посредством воздействия электрического поля, причем у массы и заряда сохранялось то же отношение, что и у катодных лучей.

Атомная теория

Согласно этой теории, атом состоит из ядра и электронов вокруг него, расположенных в виде облака. Они находятся в неких квантованных состояниях энергии, изменение которых сопровождается процессом поглощения или излучения фотонов.

Квантовая механика

В начале двадцатого века была сформулирована гипотеза, согласно которой материальные частицы имеют свойства как собственно частиц, так и волн. Также и свет способен проявляться в виде волны (ее называют волной де Бройля) и частиц (фотонов).

В результате было сформулировано знаменитое уравнение Шредингера, где описывалось распространение электронных волн. Этот подход и назвали квантовой механикой. При помощи него вычисляли электронные состояния энергии в атоме водорода.

Фундаментальные и квантовые свойства электрона

Частица проявляет фундаментальные и квантовые свойства.

К фундаментальным относятся масса (9,109*10 -31 килограмм), элементарный электрический заряд (то есть минимальная порция заряда). Согласно тем измерениям, что проведены до настоящего времени, у электрона не обнаруживается никаких элементов, способных выявить его субструктуру. Но некоторые ученые придерживаются мнения, что он является точечной заряженной частицей. Как указано в начале статьи, электронный электрический заряд - это -1,602*10 -19 Кл.

Являясь частицей, электрон одновременно может быть волной. Эксперимент с двумя щелями подтверждает возможность его одновременного прохождения через обе из них. Это вступает в противоречие со свойствами частицы, где каждый раз возможно прохождение только через одну щель.

Считается, что электроны имеют одинаковые физические свойства. Поэтому их перестановка, с точки зрения квантовой механики, не ведет к изменению системного состояния. Волновая функция электронов является антисимметричной. Поэтому ее решения обращаются в нуль тогда, когда одинаковые электроны попадают в одно квантовое состояние (принцип Паули).

Можно сравнить с облачком. Это связано с тем, что электроны обладают свойствами не только частиц, «кусочков» материи, но и свойствами . Электронные облачка слоями окружают ядро и расположены на строго определённых от него расстояниях. Учёные долго не могли объяснить, почему промежутки между ядром и электронами так строго определены и почему вообще каждый атом со всеми его электронными оболочками имеет всегда одни и те же размеры. Ответ на эту загадку тоже связан, как выяснилось, с волновыми свойствами электронов, с тем, что все части атома имеют свои постоянные места.

Но не думай, что электроны навечно закреплены на этих местах. Нет, они могут перескакивать с одной оболочки на другую. При этом происходят удивительные вещи.

Если электрон удаляется от ядра, его возрастает, если приближается- убывает. Это изменение энергии происходит не постепенно, а внезапно, скачком. Энергия прибавляется или убавляется совершенно определёнными порциями, которые называются квантами. Значит, перескакивая ближе к ядру, электрон выделяет один квант энергии, а чтобы уйти дальше от ядра, он должен, наоборот, получить откуда-то, «поглотить» один квант.

Что же это за кванты? Если ты уже читал рассказ « », то, вероятно, обратил внимание, что свет - это одновременно и волны, и частицы, которые носят название фотонов. Вот фотоны - это и есть кванты света, то есть наименьшие порции излучения.

Теперь тебе, должно быть, стало понятнее то, о чём коротко упомянуто в рассказе о свете, понятнее, как происходит излучение и поглощение света. Перескакивая ближе к ядру, электроны излучают свет. А когда вещество поглощает свет, они перескакивают на орбиты дальше от ядра. При этом электроны обогащаются энергией, и вещество нагревается. Чем энергичнее электроны движутся, тем чаще совершают скачки, тем выше температура тела. Вот почему, поглощая много света, вещество нагревается сильнее.

У каждого вещества своё расстояние между электронными оболочками и, значит, своя величина квантов, своя длина излучаемых световых волн, то есть свой цвет световых волн. И поэтому же каждое вещество лучше всего поглощает какие-то определённые лучи: одно - красные, другое - зелёные, а третье - невидимые ультрафиолетовые.

Электроны не только перескакивают с орбиты на орбиту, иногда они совсем отрываются от атома. Например, в металле все атомы отдают часть своих электронов «в общий котёл». Эти свободные электроны движутся между атомами, переносят и электрический ток.

Наконец, электроны порой вообще покидают своё вещество, тогда они могут лететь в пространстве с огромной скоростью. И тут опять проявляется сложная, противоречивая природа электрона.

Экран телевизора светится потому, что изнутри на него направлен электронный луч. Этот луч можно опускать и поднимать, сдвигать вправо или влево. Электроны при этом ведут себя как частицы, которые послушно летят точно туда, куда их посылают.

Такой же поток электронов будет двигаться совсем иначе, если его направить внутрь вещества. Пролетая между атомами или приближаясь к ним, этот поток может огибать препятствия, как волны на воде. Электрон, как всегда, непостоянен: то он похож на частицу, то на волну. Это зависит от размеров предметов, среди которых он движется. Телевизионная трубка относительно велика- там электрон - частица. Расстояние между атомами вещества несравнимо меньше - там электрон скорее волна.

Чтобы получить поток электронов, надо, например, нагреть вещество, как нагревают катод электронной лампы (об этом говорится в рассказах «Радио» и « »). Это значит, что надо затратить энергию. И от атома оторвать электрон часто совсем непросто, для этого нужна энергия - ведь электроны довольно прочно удерживаются в атоме.

Ты можешь спросить: а что держит их в атоме? Почему они не улетают прочь? Напомним: и электроны, и ядро имеют электрические заряды, и притом не одинаковые, а разные: ядро заряжено положительно, а электроны - отрицательно. Такие разноимённые, как их называют, заряды притягивают друг друга.

Электрон - это как бы единица отрицательного электричества, он имеет самый маленький из всех возможных отрицательных зарядов. Если ты прочтёшь рассказ « », увидишь, какую пользу приносит людям это свойство электрона, и узнаешь, как родилось его имя.

Электрон

Несмотря на то, что электрон является первой открытой элементарной частицей в физике (английским физиком Джозефом Томсоном в 1897 году), до сих пор природа электрона остаётся загадочной для учёных. Теория электрона считается не законченной, поскольку ей присущи внутренние логические противоречия и множество вопросов, на которые у официальной науки пока нет ответов.

Название данной элементарной частицы было предложено в 1891 году ирландским физиком Джорджем Стоуни (George Stoney; 1826 – 1911) в качестве «фундаментальной единицы измерения электроэнергии». Слово «электрон» происходит от греческого слова «electron», что означает «янтарь». (Как известно, янтарь ‒ это затвердевшая ископаемая смола. При трении янтарь приобретает электрический заряд и притягивает лёгкие тела. Это свойство было известно с давних времён разным народам. Например, судя по сохранившимся сведениям, в Древней Греции о свойствах янтаря знали ещё в 600 году до н.э.). Учёные условились между собой считать электрический заряд электрона отрицательным в соответствии с более ранним соглашением называть отрицательным заряд наэлектризованного янтаря.

Электрон является составной частью атома, одним из основных структурных элементов вещества. Электроны образуют электронные оболочки атомов всех известных на сегодняшний день химических элементов. Они участвуют почти во всех электрических явлениях, о которых ведают ныне учёные. Но что такое электричество на самом деле, официальная наука до сих пор не может объяснить, ограничиваясь общими фразами, что это, например, «совокупность явлений, обусловленных существованием, движением и взаимодействием заряженных тел или частиц носителей электрических зарядов». Известно, что электричество не является непрерывным потоком, а переносится порциями ‒ дискретно.

Практически все основные сведения об электроне, которыми наука пользуется до сих пор, были получены на рубеже конца XIX ‒ начала XX веков. В том числе это касается и представления о волновой природе электрона (достаточно вспомнить работы Николы Тесла и его исследование вопроса о генерировании и беспроводной передаче энергии на расстояние). Однако согласно официальной истории физики, оно было выдвинуто в 1924 году французским физиком-теоретиком, одним из основоположников квантовой механики Луи де Бройлем (Louis de Broglie; 1892 – 1987; выходец из известной во Франции аристократической семьи). А экспериментально подтверждено в 1927 году американскими учёными Клинтоном Дэвиссоном (Clinton Davisson; 1881–1958) и Лестером Джермером (Lester Germer; 1896 –1971) в эксперименте по дифракции электронов. Слово «дифракция» образовано от латинского слова «diffractus», что буквально означает «переломанный, разломанный, огибание препятствия волнами». Дифракция ‒ это явление распространения волны, например, луча света, при прохождении сквозь узкое отверстие или при попадании на край препятствия. Представление о волновой природе электрона послужило основой для разработки волновой механики австрийским физиком-теоретиком, одним из создателей квантовой механики Эрвином Шрёдингером (Erwin Schrödinger; 1887–1961) в 1926 году. С тех пор официальная наука ненамного продвинулась в изучении природы электрона.

В ДЕЙСТВИТЕЛЬНОСТИ ЭЛЕКТРОН состоит из 13 фантомных частичек По и имеет уникальное строение. Подробные знания об электроне здесь специально опущены, поскольку информация излагается публично и данные знания могут представлять опасность в случае, если они попадут в руки людей, желающих создать новый вид вооружения. Отметим лишь, что электрон имеет необычные свойства. То, что сегодня называют электричеством ‒ это на самом деле особое состояние септонного поля, в процессах которого электрон в большинстве случаев принимает участие наравне с другими его дополнительными «компонентами».

Интересные сведения, свидетельствующие об уникальности электрона, были изложены в книге «АллатРа»:

«Анастасия : А как Наблюдатель может внести изменения своим наблюдением?
Ригден : Чтобы был понятен ответ на этот вопрос, давай совершим небольшой экскурс в квантовую физику. Чем больше учёные изучают вопросы, которые ставит эта наука, тем больше приходят к выводу, что всё в мире очень тесно взаимосвязано и существует не локально. Те же элементарные частицы существуют связанно между собой. Согласно теории квантовой физики, если одновременно спровоцировать образование двух частиц, то они не только будут находиться в состоянии «суперпозиции», то есть одновременно во множестве мест. Но ещё и изменение состояния одной частицы приведёт к мгновенному изменению состояния другой частицы, на каком бы расстоянии от неё она не находилась, даже если это расстояние превышает пределы действия всех известных современному человечеству сил в природе.
Анастасия : А в чём секрет такой мгновенной взаимосвязи?
Ригден : Сейчас объясню. Рассмотрим, например, электрон. Он состоит из информационных кирпичиков (или как их именовали древние - «зёрнышек По»), которые задают ему основные характеристики, в том числе и определяют его внутренний потенциал. По современным представлениям электрон двигается вокруг ядра атома как бы по «стационарной орбите» (орбитали). Точнее, его движение уже сейчас представляют не в виде материальной точки с заданной траекторией, а в виде электронного облака (условного изображения электрона, «размазанного» по всему объёму атома), имеющего области сгущения и разряжения электрического заряда. Электронное облако, как таковое, не имеет резких границ. Под орбитой (орбиталью) имеют в виду не движение электрона по какой-то конкретной линии, а некую часть пространства, область вокруг ядра атома, где сохраняется наибольшая вероятность местонахождения электрона в атоме (атомная орбиталь) или в молекуле (молекулярная орбиталь).

Так вот, электрон, как известно, в материальном мире может существовать в двух состояниях одновременно: частицы и волны . Он может проявляться сразу в разных местах, согласно той же квантовой физике. Уходя или точнее исчезая со своей атомной орбиты, электрон мгновенно перемещается, то есть здесь исчезает, а на другой орбите проявляется.

Но, что самое интересное в этом вопросе, так это то, о чём учёные пока ещё не знают. Рассмотрим, например, электрон атома водорода - элемента, который входит в состав воды, живых организмов, природных ископаемых и является одним из распространённых элементов в космосе. Электронное облако, расположенное вокруг ядра атома водорода, представляет собой форму шара. Это то, что может зафиксировать на современном этапе наука. Но учёные пока не знают, что электрон сам по себе закручен в спираль . Причём эта спираль (одна и та же) может быть закручена как в левую, так и правую сторону в зависимости от расположения на ней заряда. Вот именно благодаря такой спиралевидной форме и изменению места концентрации заряда этот электрон легко переходит из состояния частицы в волну и наоборот.

Приведу образный пример. Представь, что в твоих руках апельсин. С помощью ножа ты аккуратно снимаешь с него кожуру цельно, по кругу, как бы по спирали, двигаясь от одной его вершины, скажем условно, от точки А к другой - точке Б. Если такую кожуру отделить от апельсина, то в привычном сложенном виде она будет представлять собой форму шара, повторяя контуры апельсина. А если её растянуть, то она будет похожа на волнообразную верёвку. Так вот, оранжевая сторона кожуры апельсина будет представлять собой в нашем образном примере спираль электрона, где на поверхности в районе точки А находится внешний заряд, а в районе точки Б изнутри (на белой стороне кожуры) - внутренний заряд. Любое внешнее изменение в точке А (на оранжевой стороне кожуры) приведёт к такому же мгновенному внутреннему, но противоположному по силе и воздействию, изменению в точке, расположенной на белой стороне кожуры под вершиной Б. Как только спадает внешний заряд электрона, то под воздействием внутреннего потенциала спираль растягивается и электрон переходит в состояние волны. Когда же снова появляется внешний заряд, который образуется вследствие взаимодействия волны с материей, спираль сжимается, и электрон опять переходит в состояние частички. В состоянии частички электрон имеет внешний отрицательный заряд и левостороннюю спираль, а в состоянии волны правостороннюю спираль и внешний положительный заряд. И всё это преобразование происходит благодаря эзоосмосу.

Наблюдатель с позиции трёхмерного измерения может при создании определённых технических условий видеть электрон как частицу. Но Наблюдатель с позиции высших измерений, который будет видеть наш материальный мир в виде энергий, сможет наблюдать другую картину строения того же электрона. В частности, что информационные кирпичики, образующие этот электрон, будут проявлять исключительно свойства энергетической волны (растянутой спирали). Причём эта волна будет бесконечна в пространстве. Проще говоря, положение самого электрона в общей системе реальности таково, что он будет находиться везде в материальном мире.

Анастасия : Можно сказать, что он будет существовать, вне зависимости от того, видим мы его как Наблюдатели трёхмерного мира или нет?

Ригден : Да. Для того чтобы это понять, давай рассмотрим ещё один пример - с зеркалом. Допустим, несколько фундаментальных информационных кирпичиков образуют структуру, которая представляет собой локальную точку, некий объект. Поместим его посреди комнаты, в которой под определённым углом во множестве расставлены зеркала таким образом, что он отражается в каждом из них. Итак, объект находится посредине комнаты, отражается в каждом зеркале, к тому же мы видим его, следовательно, информация о нём есть и в нашем сознании. Одним словом, информация об этом объекте одновременно присутствует в нескольких местах. И если мы уберём одно из зеркал, то в том месте мы не будем наблюдать данный объект. Но когда вернём зеркало, он вновь появится. Значит в принципе, информация о нём не исчезала. Просто при определённых условиях проявления информации мы видим объект, изменились условия - мы его не видим. Однако объективно данный объект продолжает существовать в том месте в информационном плане. Отражение может иметь непрерывный поток, значит, этот объект есть в каждой точке данной комнаты (и, кстати, не только комнаты, но и пространства, выходящего за переделы комнаты), вне зависимости от того, видим мы его или нет.

Согласно квантовой физике, пребывание электрона в состоянии частицы зависит от самого акта измерения или наблюдения. Другими словами неизмеряемый и ненаблюдаемый электрон ведёт себя не как частица, а как волна. В этом случае для него существует целое поле вероятностей, так как он находится здесь и сейчас во множестве мест одновременно, то есть в состоянии суперпозиции. При этом, несмотря на то, что электрон занимает множественное положение, это будет один и тот же электрон и одна и та же волна. Суперпозиция - это возможность одновременного нахождения во всех возможных альтернативных состояниях, пока не сделан выбор, пока Наблюдатель не совершил измерение (вычисление данного объекта). Как только Наблюдатель фокусирует внимание на поведении электрона, как он, в смысле электрон, сразу же схлопывается в частицу, то есть превращается из волны в материальный объект, положение которого можно локализовать. Словом, после измерения, так сказать, выбора Наблюдателя, один объект будет находиться только в одном месте.

Анастасия : О, это интересная информация! Выводы квантовой физики, оказывается, ценны для тех, кто занимается самосовершенствованием. Это в некотором роде объясняет причину, почему у человека не получается медитация. Ведь что способствует, так сказать, «материализации» процесса медитации, то есть перехода из волнового в материальное состояние, в котором энергия вновь приобретает свойства материи? Именно наблюдение и контроль от Животного начала. Другими словами, не получается медитация тогда, когда включаются мыслительные процессы, свойственные привычному, ежедневному состоянию сознания. При этом мозг всё время пытается что-то идентифицировать и локализовать объект наблюдения. Такая ситуация развивается тогда, когда во время медитации Личность недостаточно погружается в изменённое состояние сознания или же утрачивает контроль за этим состоянием. Это позволяет Животному началу вмешаться в процесс наблюдения, вследствие чего рождаются ассоциативные образы и утрачивается Истина. Волна переходит в материю. Но как только ты «отключаешь мозг» с его мыслительными процессами и полноценно включаешься в медитацию, благодаря проявлению своих глубоких чувств, то происходит расширение сознания и наблюдаемая от Духовного начала материя превращается в волну. Ты сливаешься с настоящей реальностью мира, становишься единым целым с ним, одновременно ощущаешь всё его разнообразие, словно тебя много и ты везде. Тогда и происходит настоящая медитация, как процесс познания Истины.

Ригден : Совершенно верно. Мир Животного начала - это мир главенствования материи и её законов. Мир Бога - это мир совершенных энергий. Когда ты находишься в медитации, в изменённом состоянии сознания, то становишься частью процесса, частью божественного проявления здесь. Как только в тебе включается Наблюдатель от Животного начала, то тебе кажется, что устанавливается факт твоего контроля над материей. На самом деле устанавливается факт контроля над тобой со стороны материи (Животного Разума). В результате ты становишься всего лишь более проявленным материальным объектом, по сути, превращаешься в корпускулярный объект общей материи (корпускула, от латинского corpusculum - «тельце», «мельчайшая частица материи») и подчиняешься её законам. Если ты переключаешься в состояние волны, ты становишься частью божественного проявления в этом мире, то есть Наблюдателем от Духовного начала. Почему и говорится: чего в тебе больше, тем ты и будешь.

В состоянии медитации исчезает обычное восприятие. У опытного медитирующего, в частности, если рассмотреть его состояние в духовной практике «Цветок лотоса», действительно сознание значительно расширяется, выходит за границы привычного мира. Человек ощущает, что он одновременно находится везде. Можно сказать, что суперпозиция в квантовой физике, приобретение состояния волны, это всё равно, что в медитации приобретение состояния выхода в высшие измерения, где материя уже отсутствует. Суперпозиция в состоянии медитации, это когда ты «видишь», в смысле ощущаешь глубинными чувствами, весь мир и его разнообразные проявления. Но как только Наблюдатель концентрируется на каком-то объекте, его сознание сужается и ограничивается объектом наблюдения. То есть, как только ты делаешь выбор и сосредотачиваешься на конкретных деталях, волна преобразуется в материю. Ведь когда ты концентрируешься на деталях, то объёмное восприятие исчезает, и остаются только детали. Мысли от Животного начала - это своеобразный инструмент, сила для материализации объектов, а чувства от Духовного начала - это сила для расширения сознания, выхода в высшие измерения.

Анастасия : Да, насколько сложен этот мир и как очевидны в нём могут быть простые вещи.

Ригден : Так вот, касательно квантовой физики… С одной стороны, это понятие о Наблюдателе расширило границы познания учёных, с другой - завело в тупик. Ведь позиция Супернаблюдателя доказывает, что существует некая огромная сила, которая способна оказывать влияние извне на Вселенную, на все её объекты и все процессы, происходящие в ней.

Анастасия : Фактически это ещё один путь научного доказательства существования Бога?

Ригден : Да. Человек имеет Душу, как частицу божественной силы. Чем больше он преобразовывает свой внутренний мир, чем больше его Личность сливается с Душой, раскрываясь перед Богом, тем он становится духовно сильнее и получает возможность влияния на материальный мир из высших измерений. А чем больше таких людей, тем значительнее и масштабнее это влияние. Супернаблюдатель - это Бог, который может влиять на всё. А человек, как Наблюдатель от Духовного начала, - это Наблюдатель, который может вмешиваться в процессы мира и менять их на микроуровне. Людям, конечно, доступны определённые манипуляции с материей и с позиции Наблюдателя от Животного начала. Но человек получает настоящую силу влияния только тогда, когда включается его Наблюдатель от Духовного начала».

Строение вещества.

Строение атома.

Атом – мельчайшая частица химического элемента, носитель всех его химических свойств. Атом неделим в химическом отношении. Атомы могут существовать как в свободном состоянии, так и в соединении с атомами того же элемента или другого элемента.
За единицу атомных и молекулярных масс в настоящее время приняли 1/12 часть массы атома углерода с атомной массой, равной 12 (изотоп ). Эту единицу называют углеродной единицей.

Масса и размеры атомов. Число Авогадро.

Грамм-атом, так же как и грамм-молекула любого вещества, содержит 6,023 10^23 атомов или соответственно молекул. Это число называется числом Авогадро (N0). Так, в 55,85 г железа, 63,54 г меди, 29,98 г алюминия, и т. п. находится число атомов, равное числу Авогадро.
Зная число Авогадро, нетрудно подсчитать массу одного атома любого элемента. Для этого гpaмм-атомную массу одного атома надо разделить на 6,023 10^23 . Так, масса атома водорода (1) и масса атома углерода (2) соответственно равны:

Исходя из числа Авогадро, можно оценить и объем атома. Например, плотность меди равна 8,92 г/см^3, а грамм-атомная масса 63,54 г. Значит, один грамм-атом меди занимает объем , и на один атом меди приходится объем .

Структура атомов.

Атом является сложным образованием и состоит из ряда более мелких частиц. Атомы всех элементов состоят из положительно заряженного ядра и электронов - отрицательно заряженных частиц очень малой массы. Ядро занимает ничтожно малую часть всего объема атома. Диаметр атома равен см, а диаметр ядра - см.
Хотя диаметр ядра атома в 100000 paз меньше диаметра самого атома, практически вся масса атома сосредоточена в его ядре. Отсюда следует, что плотность атомных ядер очень велика. Если бы удалось собрать 1 см3 атомных ядер, то его масса была бы около 116 млн. тонн.
Ядро состоит из протонов и нейтронов. Эти частицы имеют общее название - нуклоны.
Протон - - устойчивая элементарная частица с массой, близкой к углеродной единице. Заряд протона равен заряду электрода, но с обратным знаком. Если заряд электрона принимают равным -1, то заряд протона равен +1. Протон – это атом водорода, лишенный электрона.
Нейтрон – атомная оболочка, отрицательный заряд которой компенсирует положительный заряд ядра, обусловленный наличием в нем протонов.
Таким образом, количество электронов в атоме равно количеству протонов в его ядре.
Зависимость между числом протонов, числом нейтронов и массовым числом атома выражается уравнением: N=A-Z
Отсюда число нейтронов в ядре атома любого элемента равно разности между его массовым числом и числом протонов.
Так число нейтронов в ядре атома радия с массой 226 N=A-Z=226-88=138

Масса и заряд электрона.

Все химические процессы образования и разрушения химических соединений происходят без изменения ядер атомов элементов, входящих в состав этих соединений. Изменения претерпевают только электронные оболочки. Химическая энергия, таким образом, связанa с энергией электронов. Чтобы понимать процессы образования и разрушения химических соединений, следует иметь представления о свойствах электрона вообще и особенно о свойствах и поведении электрона в атоме.
Электрон - это элементарная частица, обладающая элементарным отрицательным электрическим зарядом, т. е. наименьшим могущим существовать количеством электричества. Заряд электрона равен эл. ст. ед. или кулона. Масса покоя электрона равна г, т.е. в 1837,14 раза меньше массы атома водорода. Масса электрона составляет углеродной единицы.

Модель атома по Бору.

В начале XX века М. Планк А. Эйнштейн создали квантовую теорию света, согласно которой свет является потоком отдельных квантов энергии, которую нecyт частицы света - фотоны .
Величина кванта энергии (E) различна для различных излучений и пропорциональна частоте колебаний :
,
где h - постоянная Планка.
М. Планк показал, что атомы поглощают или испускают лучистую энергию только отдельными вполне определенными порциями – квантами .
Пытаясь увязать закон классической механики с квантовой теорией датский ученый Н. Бор считал, что электрон в атоме водорода может находиться лишь на определенных - постоянных орбитах, радиусы которых относятся друг к другу как квадраты целых чисел Эти орбиты Н. Бором были названы стационарными.
Излучение энергии происходит только при переходе электрона с более дальней орбиты на более близкую к ядру орбиту. При переходе же электрона с болей близкой орбиты на более дальнюю энергия атомом поглощается.
, где - энергии электронов в стационарных состояниях.
При Ei > Ек энергия выделяется.
При Ei < Ек энергия поглощается.
Решение вопроса о распределении электронов в атоме основано на изучении линейчатых спектров элементов и их химических свойств. Спектр атома водорода почти полностью подтверждал теорию Н. Бора. Однако наблюдаемое расщепление спектральных линий у многоэлектронных атомов и усиление этого расщепления в магнитном и - электрических полях теория Н. Бора объяснить не могла.

Волновые свойства электрона.

Законы классической физики противопоставляют друг другу понятия «частица» и «волна». Современная физическая теория, получившие название квантовой, или волновой механики , показала, что движение и взаимодействие частиц малой массы - микрочастиц происходят по законам, отличным от законов классической механики. Микрочастице одновременно присущи некоторые свойства корпускул (частиц) и некоторые свойства волн. С одной стороны, электрон, протон или другая микрочастица движется и действует подобно корпускуле, например, при соударении с другой микрочастицей. С другой стороны, при движении микрочастицы обнаруживаются типичные для электромагнитных волн явления интерференции и дифракции.
Таким образом, в свойствах электрона (как и других микрочастиц), в законах его движения проявляются неразрывность и взаимосвязь двух качественно различных форм существования материи, вещества и поля. Микрочастицу нельзя рассматривать ни как обыкновенную частицу, ни как обыкновенную волну. Микрочастица обладает корпускулярно-волновым дуализмом.
Говоря о взаимосвязи вещества и поля, можно прийти к выводу, что, если каждой материальной частице присуща определенная масса, то, по-видимому, этой же частице должна отвечать и определенной длины, волна. Возникает, вопрос о взаимосвязи массы и волны. В 1924 году французский физик Луи де Бройль высказал предположение, что с каждым движущимся электроном (и вообще с каждой движущейся материальной частицей) связан волновой процесс, длина волны которого , где - длина волны в см(м), h - постоянная Планка, равная эрг. сек (), m - масса частицы в г (кг), - скорость частицы, в см/сек.
Из этого уравнения видно, что частица, находящаяся в покое, должна иметь бесконечно большую, длину волны и что длина волны уменьшается с увеличением скорости частицы. Длина волны у движущейся частицы большой массы очень мала и экспериментально ее определить пока нельзя. По тому мы говорим о волновых свойствах только микрочастиц. Электрон обладает волновыми свойствами. Это значит, что его движение в атоме можно описать волновым уравнением.
Планетарная модель строения атома водорода, созданная Н. Бором, который исходил из представления об электроне только как классической частице, не может объяснить целого ряда свойств электрона. Квантовая механика показала, что представление о движении электрона вокруг ядра по определенным орбитам подобно движению планет вокруг Солнца, следует считать несостоятельным.
Электрон, обладая свойствами волны, движется по всему объему, образуя электронное облако, которое для электронов, находящихся в одном атоме, может иметь различную форму. плотность этого электронного облака в той или иной части атомного объема неодинакова.

Характеристика электрона четырьмя квантовыми числами.

Основная характеристика, определяющая движение электрона в поле ядра,- это его энергия. Энергия электрона, как и энергия частицы светового потока - фотона, принимает не любые, а лишь определенные дискретные, прерывные или, как говорят, квантующиеся значения.
Движущийся электрон обладает тремя степенями свободы перемещения в пространстве (соответственно трем координатным осям) и одной дополнительной степенью свободы, обусловленной наличием у электрона собственного механического и магнитного моментов, которые учитывают вращение электрона вокруг своей оси. Следовательно, для полной энергетической характеристики состояния электрона в атоме необходимо и достаточно иметь четыре параметра. Эти параметры получили название квантовых чисел . Квантовые числа, так же как и энергия электрона, могут приникать не все, а лишь определенные значения. Соседние значения квантовых чисел различаются на единицу.

Главное квантовое число n характеризует общий запас энергии электрона или его энергетический уровень. Главное квантовое число может принимать значения целых чисел от 1 до . Для электрона, находящегося в поле ядра главное квантовое число может принимать значения от 1 до 7 (соответственно номеру периода в периодической системе, в котором находится элемент). Энергетические уровни обозначаются или цифрами в соответствии со значениями главного квантового числа, или буквами:

Если, например, n=4, то электрон, находится на четвертом, считая от ядра атома, энергетическом уровне, или на N уровне.

Орбитальное квантовое числа l, которое иногда называют побочным квантовым числом, характеризует различное энергетическое состояние электрона данного уровня. Тонкая структура спектральных линий говорит о том, что электроны каждого энергетического уровня группируются в подуровни. Орбитальное квантовое число связано с моментом количества движения электрона при его движении относительно ядра атома. Орбитальное квантовое число определяет также форму электронного облака Квантовое число l может принимать все целочисленные значения от 0 до (п-1). Например, при n=4, l=0, 1, 2, 3. Каждому значению l соответствует определенный подуровень. Для подуровней применяются буквенные обозначения. Так, при l=0, 1, 2, 3 электроны находятся соответственно на s-, p-, d-, f- подуровнях. Электроны различных подуровней соответственно называют s-, p-, d-, f - электронами. Возможное число подуровней для каждого энергетического уровня равно номеру этого уровня, но не превышает четырех. Первый энергетический уровень (п=1) состоит из одного s-подуровня, второй (п=2), третий (п=3) и четвертый (п=4) энергетические уровни состоят соответственно из двух (s, p), трех (s, p, d) и четырех (s, p, d, f) подуровней. Больше четырех подуровней не может быть, так как значения l=0, 1, 2, 3 описываю электроны атомов всех 104 известных сейчас элементов.
Если l=0 (s-электроны), то момент количества движения электрона относительно ядра атома равен нулю. Это может быть только когда электрон поступательно движется не вокруг ядра, а от ядра к периферии и обратно. Электронное облако s-электрона имеет форму шара.

Магнитное квантовое число - c моментом количества движения электрона связан и его магнитный момент. Магнитное квантовое число характеризует магнитный момент электрона. магнитное квантовое число характеризует магнитный момент электрона и указывает на ориентацию электронного облака относительного избранного направления или относительно направления магнитного поля. Магнитное квантовое число может принимать любые целые положительные и отрицательные значения, включая и ноль в пределах от – l до + l. Например, если l=2, то имеет 2 l+1=5 значений (-2, -1, 0, +1, +2). При l=3 число значений равно 2 l+1=7 (-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3). Число значений магнитного квантового числа, которое равно 2 l+1, - это число энергетических состояний, в которых могут находиться электроны данного подуровня. Таким образом, s-электроны имеют лишь одно состояние (2 l+1=1), p-электроны – 3 состояния (2 l+1=3), d-, f-электроны – соответственно 5 и 7 состояний. Энергетические состояния принято обозначать схематически энергетическими ячейками, изображая их в виде прямоугольников, а электроны в виде стрелок в этих ячейках.

Спиновое квантовое число - характеризует внутреннее движение электрона - спин. Оно связано с собственным магнитным моментом электрона, обусловленным его движением вокруг своей оси. Это квантовое число может принимать только два значения: + 1/2 и -1/2, в зависимости от того, параллельно или антипараллельно магнитному полю, обусловленному движением электрона вокруг ядра, ориентируется магнитное поле спина электрона.
Два электрона (пара) с одинаковыми значениями квантовых чисел: n, I, но с противоположно направленными спинами ( ↓) называются спаренными или неподеленной парой электронов. Электроны с ненасыщенными спинами () называются неспаренными.

Принцип Паули, принцип наименьшей энергии, правило Гунда.
Распределение электронов в атомах элементов определяют три основных положения: принцип Паули, принцип наименьшей энергии и правило Гунда.

Принцип Паули. Изучая многочисленные, спектры атомов швейцарский физик В. Паули в 1925 году пришел к выводу, который получил название принципа или запрета Паули: „Двум электронам атома запрещено быть во всех отношениях похожими друг на друга" или, что то же самое, „в атоме не может быть даже двух электронов с одинаковыми значениями всех четырех квантовых чисел". Энергетические состояния электронов, характеризуемые одинаковыми значениями трех квантовых чисел: n, I и m1 принято обозначать энергетической ячейкой .
Согласно принципу Паули, в энергетической ячейке может быть только два электрона, причем с противоположными спинами
Нахождение в одной энергетической ячейке третьего электрона означало бы, что у двух из них все четыре квантовых числа одинаковы. Число, возможных состояний электронов (рис. .4) на данной подуровне равно числу значений магнитного квантового числа для этого подуровня, т. е. 21+ 1. Максимальное число электронов на этом подуровне, согласно принципу Паули будет 2(21+ 1). Таким образом, на s-подуровне возможно 2 электрона; на p-подуровне 6 электронов; на d-подуровне 10 электронов; на f-подуровне 14 электронов. Число возможных состояний электронов на каком-либо уровне равно квадрату главного квантового числа а максимальное число электронов на этом уровне

Принцип наименьшей энергии.

Последовательность размещения электронов в атоме должна отвечать наибольшей связи их с ядром, т. е. электрон, должен обладать наименьшей энергией. Поэтому электрону необязательно занимать вышележащий энергетический уровень, если в нижележащем уровне есть места, располагаясь на которых электрон будет обладать меньшей энергией.

Так как энергия электрона в основном определяется значениями главного n и орбитального / квантовых чисел, то сначала заполняются те подуровни, для которых сумма значений квантовых чисел n и / является меньшей. Например, запас энергии на подуровне 4s(n +/ = 4 +0 = 4) меньше, чем на 3d(n + /= 3 + 2 = 5); на 5s (n + / = 5 + 0 = 5) меньше, чем на 4d(n + / = 4 + 2 = 6); на 5р(п + / = 5 +1 =6) меньше, чем на 4f(n + 1 = 4+3 = 7). Если для двух уровней суммы значений n и / равны, то сначала идет заполнение подуровня с меньшим значением п. Например, на подуровнях 3d, 4p, 5s суммы значений n и / равны пяти, в этом случае сначала заполняются подуровни с меньшими значениями главного квантового числа n, т. е. в следующей последовательности: 3d-4р-5s.
Когда энергии близких подуровней очень мало отличаются друг от друга, встречаются некоторые исключения из этого правила. Так, подуровень 5d заполняется одним электроном 5dl раньше 4f; 6d1-2 раньше 5f.
Заполнение энергетических уровней и подуровней идет в следующей последовательности: ls→2s→2p→3s→3p→4s→ 3d → 4р→ 5s → 4d → 5р→ 6s →(5dl) →4f→ 5d→6p→ 7s→ (6d1-2)→5f→ 6d→7p

Правило Гунда.
Электроны в пределах данного подуровня располагаются сначала каждый в отдельной ячейке в виде неспаренных „холостых" электронов. Иными словами, при данном значении I электроны в атоме располагаются так, что суммарное спиновое число их максимально. Например, если в трех р-ячейках надо разместить три электрона, то каждый из них будет располагаться в отдельной ячейке таким образом:

Электронные формулы атомов и схемы.

Принимая во внимание рассмотренные положения, легко представить распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням в атомах любого элемента. Это распределение электронов в атоме записывается в виде так называемых электронных формул. В электронных формулах буквами s, p, d, f обозначаются энергетические подуровни электронов; цифры впереди букв означают энергетический уровень, в котором находится данный электрон, а индекс вверху справа - число электронов на данном подуровне. Например, запись 5р3 оначает, что 3 электрона располагаются на р-подуровне пятого энергетического уровня.
Чтобы составить электронную формулу атома любого элемента, достаточно знать номер данного элемента в периодической системе и выполнить основные положения, которым подчиняется распределение электронов в атоме.
Пусть, например, нужно составить электронные формулы для атомов серы, кальция, скандия, железа и лантана. Из периодической таблицы определяем номера данных элементов, которые соответственно равны 16, 20, 21, 26, . Это значит, что на энергетических уровнях и подуровнях у атомов данных элементов содержится соответственно 16, 20, 21, 26, 57 электронов. Соблюдая принцип Паули и принцип наименьшей энергии, т. е. последовательность заполнения энергетических уровней и подуровней, можно составить электронные формулы атомов этих элементов:

Структура электронной оболочки атома может быть изображена и в виде схемы размещения электронов по энергетическим ячейкам.
Для атомов железа такая схема имеет следующий вид:

На этой схеме наглядно видно выполнение правила Гунда. На Зd-подуровне максимальное количество, ячеек (четыре) заполнено неспаренными электронами. Изображение структуры электронной оболочки в атоме в виде электронных формул и в виде схем наглядно не отражает волновых свойств электрона. Однако следует помнить, что для каждого s-, р-, d-, f-электрона характерно свое электронное облако. Различная форма электронного облака указывает на то, что электрон имеет неодинаковую вероятность нахождения в данной области пространства атома. В зависимости от значения магнитного квантового числа m1 ориентация электронного облака в пространстве будет также различной.

Электрон
Electron

Электрон – самая лёгкая отрицательно заряженная частица, составная часть атома. Электрон в атоме связан с центральным положительно заряженным ядром электростатическим притяжением. Он имеет отрицательный заряд е = 1.602 . 10 -19 Кл, массу m е = 0.511 МэВ/с 2 = 9.11 . 10 -28 г и спин 1/2 (в единицах ћ), т.е. является фермионом. Магнитный момент электрона μ е >>μ В, где μ В = ећ/2m е с – магнетон Бора (использована Гауссова система единиц), что согласуется с моделью точечноподобной бесструктурной частицы (согласно опытным данным размер электрона < 10 -17 см). В пределах точности эксперимента электрон стабильная частица. Его время жизни
τ е > 4.6 . 10 26 лет.
Электрон принадлежит к классу лептонов, т.е. не участвует в сильном взаимодействии (участвует в остальных – электромагнитном, слабом и гравитационном). Описание электромагнитного взаимодействия электрона даётся квантовой электродинамикой – одним из разделов квантовой теории поля). У электрона имеется специальная характеристика, присущая лептонам, – электронное лептонное число + 1.
Античастицей электрона является позитрон е + , отличающийся от электрона только знаками электрического заряда, лептонного числа и магнитного момента.

Основные характеристики электрона

Электрон – первая из открытых элементарных частиц – был открыт Дж. Дж. Томсоном в 1897 г. Изучая характеристики газового разряда, Томсон показал, что катодные лучи, образующиеся в разрядной трубке, состоят из отрицательно заряженных частиц вещества. Отклоняя катодные лучи в электрических и магнитных полях, он определил отношение заряда к массе этих частиц e/m = 6.7·10 17 ед. СГСЭ/г (современное значение 5.27·10 17 ед. СГСЭ/г). Он показал, что катодные лучи представляют собой поток более лёгких, чем атомы, частиц и не зависят от состава газа. Эти частицы были названы электронами. Открытие электрона и установление того факта, что все атомы содержат электроны, явилось важной информацией о внутреннем строении атома.