إلكترون

إلكترون
Electron

Theoretical estimates of the electron density for the firstfew hydrogen atom electron orbitals shown as cross-sections withcolor-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 ش kg 5.48579909(27) × 10–4 ش u 1⁄1822.8884843(11) u 0.510998918(44) MeV/c2
الكتلة الكهربائية	–1.602176487(40) × 10–19 ش C
Spin	½

الإلكترونأو الكهرب هو جسيم دون ذري . تحيط الإلكترونات بالنواةالمتكونة من بروتونات ونيترونات في شكل ترتيبإلكتروني. تم استحداث كلمة إلكترون في عام 1894 م وتم اشتقاقهامن المصطلح " Electric " كهربي والذي يساوي أصله الإغريقى كلمةعنبر, والذي كان يمكن الحصول على شحنة إلكتروستاتيكية منه عندمسحه بقطعة قماش. ويرجع المقطع الأخير "ون" إلى أنه يتشارك في معظمالجسيمات تحت الذرية التي استخدمت في كلمة أيون.

وكماتم التوضيح فإن الإلكترون له شحنة كهربية سالبة. وعندما يتحرك فإنهيولد تيارا كهربيا. ونظرا لأن الإلكترونات الموجودة فيالذرة تحدد الطريقة التي تتفاعل بها الذرة مع الذرات الأخرى, فإنها تساهمبشدة في الخواص الكيميائية للعناصر وبذلك تلعب دورا رئيسيا فيالكيمياء .

نظرة عملية على الإلكترون

تصنيف الإلكترونات

ملف:Schattenkreuzröhre-inuse-lateral view-standing cross.jpg

منظر جانبي لأنبوبكروكس, حيث يظهر المهبط إلى اليسار. بروفيل المصعد، على شكل صليب،يـُعرَض على وجه الأنبوب، إلى اليمين، بواسطة شعاع من الجسيمات.

الإلكترونعبارة عن أحد الجسيمات تحت النووية، ويطلق عليه أيضا اسم لپتون والذييعتبر جسيما أساسيا (أي لا يمكن تكسيره للحصول على جسيمات أصغر).

وكلمةجسيم قد تكون محيرة عند استخدامها لدرجة ما، نظرا لأن ميكانيكا الكمأظهرت أن الإلكترون يسلك أيضا سلوك الموجات، أي أن له طبيعة مزدوجة،مثل ما يحدث في تجربة الانشقاق المزدوج أو بمعنىآخر يعتبر الإلكترون جسيم ذو طبيعة موجية.

النظرية الذرية

ملف:Bohratom model English.png

نموذج بور للذرة, يـُظهـِر الحالاتالكمومية للطاقة المدارية للإلكترونات. الإلكترون الذي يسقط إلى مدار أسفليشع فوتون مساوي لفرق الطاقة بين المدارين.

ميكانيكا الكم

في ميكانيكا الكم، سلوك الإلكترون في الذرة تـَصـِفـُهُ الدالة المدارية Orbital, وهو توزيع احتمالات بدلاً من المدار نفسه.

خواص وسلوك الإلكترون

ملف:StandardModel of Elementary Particles.png

نموذج قياسيللجسيمات الأساسية. الإلكترون في الركن الأسفل إلى اليسار.

ترجعكلمة إلكترون غالبا إلى نيجاترون مشحون بشحنة كهربية سالبةمقدارها−1.6 × 10⁻¹⁹Cوكتلة 9.11 × 10⁻³¹كجم (0.511 MeV)

والذييساوي تقريباً $1/1836$ من كتلة البروتون.ويتم التعبير عن ذلك بالرمز e⁻.وقد قام كارل دي أندرسون باستخدام نفس الكلمة كتعبير عن نيجاترونوبوزيترون, والپوزيترون له نفس الكتلة ونفس الشحنة ولكن بقيمة موجبة.

وتعتبرحركة الإلكترون حول النواة من الموضوعات التي لا يزال فيها جدال حاد. فلايمكن اعتبار حركة الإلكترون كأي نوع من الحركات في علم الفيزياء نظرا لأنهذه الحركة ليست دائما موجودة, كما لو أن الإلكترون يختفي في بعض الأوقاتأثناء دورانه حول النواة. وفي الوقت الحالي لا يمكن التنبؤ بمكان وسرعةالإلكترون في نفس الوقت.

وقد تم عرض هذا الفرض عن طريقمبدأ اللايقين هايزنبرج والذي يتم تطبيقه على الجسيمات التي لها طبيعةتماثل طبيعة الإلكترون, كما يمكن التعبير بصورة أخرى عن ذلك, كلما زادتدقة 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.

وبينماتوجد معظم الإلكترونات في الذرة, فإنه قد توجد بعض الإلكترونات التي تتحركبمفردها في المادة, أو في شكل شعاع إلكتروني في الفراغ. فتتحركالإلكترونات في الموصلات الفائقة على هيئة "أزواج كوبر"والتي تتزاوج أثناء حركتها بقرب حواف المادة عن طريق شبكة اهتزازية فيمايعرف بالفونون.

عندما تتحرك الإلكترونات, بعيدا عن النواة, في شكل شبكي فهذا يعرف بالكهرباء أو التيار الكهربائي.

علىأن الكهرباء الساكنة, لا تعتبر سريانا للإلكترونات. ولكنها ترجع لأي جسمبه عدد أقل أو أكبر من عدد الإلكترونات اللازم لعمل اتزان للشحنة الموجبةالموجودة في النواة. وعندما تكون الإلكترونات أكثر يكون الجسم سالبالشحنة, بينما يكون موجب الشحنة في حالة أن الإلكترونات أقل. ويكون الجسممتعادل الشحنة حينما يكون عدد الإلكترونات مساو لعدد البرتونات.

يمكنللإلكترون والپوزيترون أن يقضيا علىبعضهما البعض لتكوين فوتون. وبالعكس فإن الفوتون الذي له طاقة عالية يمكنأن يتحول إلى إلكترون وبوزيترون بعملية يطلق عليها الإنتاجالزوجي.

الإلكترون جسيم أولي أي أنه لا يوجد له تركيبتفصيلي (لم تجد أي من التجارب العلمية حتى الآن أي تركيب تفصيلي له). وعلىهذا فإنه يوصف على أنه شبيه بالنقطة أي لا يوجد له حيز مكاني. وعندالنظر بقرب أكثر للإلكترون فيمكن ملاحظة أن خواصه (الشحنةوالكتلة) تتغير.

وهذا يحدث بصفة عامةلكل الجسيمات الأولية عند اقترابها من بعضها البعض في الفراغ, وعلى هذافإن الخواص التي نشاهدها من بعيد تكون محصلة التأثيرات الحادثة في الفراغ.

يوجد ثابت فيزيائي يسمى نصف قطر الإلكترون التقليدي وقيمته2.8179 × 10⁻¹⁵ م وقد تم الاستدلال على هذه القيمة من شحنة الإلكترون وهذا تم عنطريق النظرية التقليدية للديناميكا الحراريةوبدون وجود نظريات ميكانيكا الكم (أي أنه تصور قديم ولكنه مع ذلكلايزال يصلح للاستخدام في الحسابات).

تقترب سرعةالإلكترون في الفراغ من سرعة الضوء في الفراغ ولكن لا تصل إليها. وهذاراجع للنسبية الخاصة. وتأثير النسبية الخاصة مبني على كميةتعرف بجاما أو عامل لورينتز. وتكون جاما عبارة عن معادلة مبنية علىسرعة الجسيم v وسرعة الضوء c وهي كالتالي:

$\gamma =1/{\sqrt {1-(v^{2}/c^{2})}}$

الإلكترون في الكون

منالمعروف أن عدد الإلكترونات الموجودة في الكون المعروف هو على الأقل10⁷⁹. وهذا الرقم مبني على أساس واحد إلكترون فيالمتر المكعب من الفضاء.

وبناء على نصف قطرالإلكترون التقليدي وبفروض تغليف الأجسام الكروية فإنهيمكن حساب كمية الإلكترونات التي يمكن أن تملأ الفراغ تقريبا10¹³⁰. على أن هذا الرقم أقل بكثير من نصف قطرالإلكترون 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 500,000مرة. ويتم استخدام تأثير الكوانتم للإلكترونات في مجهرالمسح الأنبوبي.

الإلكترون في النظريات

فيميكانيكا الكم, تم وصف الإلكترون بواسطة معادلة ديراك. في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات فإن الإلكترون يكون ما يشبهالمعطف مع (SU(2 مع نيوترونو الإلكترون حيث أنهما يتفاعلان خلالتفاعل الضعف. وللإلكترون شريكان أخران بنفس الشحنة ولكنبكتل مختلفة: موان وتاون.

معاكس المادةللإلكترون هو معاكس الجسيم, البوزيترون. والبوزيترون له نفس كمية الشحنةالموجودة في الإلكترون ولكن شحنته موجبة. وله نفس كتلة ودوران الإلكترون.وعندما يتقابل إلكترون وبوزيترون فإنهما يقضيا على بعضهما البعض, ويكونا 2فوتون 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

تماقتراح الإلكترون كوحدة للشحنة في الكيمياء الإلكترونية بواسطة جىجونستون ستوني في عام 1874 م وفي عام 1894 م, قام هو باختراعالكلمة. واكتشاف أن الإلكترون هو جسيم تحت ذري تم في عام 1897 مبواسطة طومسون في معمل كافينديش, بينما كان يدرس أشعة الكاثود. وبنتائج تجارب جيمس كليرك ماكسويل, واكتشافأشعة إكس فقد استنتج وجود أشعة الكاثود وأنها جسيمات سالبة الشحنةوسماها كوربوسكل. وقد نشر اكتشافه عام 1897 م.

وينصالقانون الدوري أن الخواص الكيميائية للعناصرتكرر نفسها دوريا بشكل كبير وقد كان ذلك أساس الجدول الدوريللعناصر. وقد تم تفسير الجدول مبدئيا عن طريق الكتلة الذريةللعناصر. وعموما فإن الانحرافات التي كانت موجودة في الجدول الدوري تمتفسيرها لاحقا. في عام 1913 قام هنري موزلي بتقديم العدد الذري وقد فسر ذلك القانون الدوري عن طريق عدد البروتوناتالموجودة في كل عنصر. وفي نفس العام قام نيلز بور بتوضيح أنالإلكترونات هي الأساس الفعلي للجدول. وفي عام 1916 م, قام جيلبرتنيوتن لويس وإيرفنج لانجمير بتوضيح الترابط الكيميائي للعناصر عنطريق تفاعل الإلكترونات .

راجع أيضا

• النموذج القياسي
• جسيم تحت ذري
• البروتون
• البوزيترون
• النيوترون
• التأثير الضوئي الإلكتروني
• البرق
• قائمة الجسيمات
• أشعة الكاثود
• الكهرباء

وصلات خارجية

• معلومت عن الجسيمات
• الإلكترون وذرة الكهرباء
• عالم إيريك فايزتين للفيزياء

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 ed.). Prentice Hall. ISBN 0-13-805326-X.  CS1 maint: Extra text (link)
• 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). Soukhanov, Anne H., ed. Word Mysteries & Histories. Boston, MA: Houghton Mifflin Company. ISBN 0-395-40265-4. 
• Numerous (1970). Guralnik, David B., ed. 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. pp. 275–350. ISBN 0763744514. 
• Rigden, John S. (2003). Hydrogen. Harvard University Press. pp. 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. (2005) [1962]. An Introduction to Relativistic Quantum Field Theory (2nd ed.). 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 ed.). Cambridge University Press. ISBN 0521782422.  CS1 maint: Extra text (link)

وصلات خارجية

Wikisource has the text of the 1911 Encyclopædia Britannica article Electron.

• 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