ЕЛЕКТРОН Печат

ЕЛЕКТРОН

Електронът е елементарна частица, която но­си най-малката маса и най-малкия електричен заряд в природата. Електронът има отри­цателен заряд, големината на който по съв­ременни данни е -1,6021892 . 10-19 ку­пона, а масата на електрона е равна на 0,9109534 . 10-27 g.

Установяването на съществуването на електрона е подготвено от трудовете на мно­го видни изследователи. През 1897 г. елек­тронът е открит от английския физик Дж. Дж. Томсън. Названието „електрон" за тази елементарна частица е предложено през 1891 г. от ирландския физик Дж. Стоуни.

За химията електронът представлява го­лям интерес, тъй като тази частица е неотме­нима съставна част на атомите и молекули­те. Движението на електрона, както и на дру­гите елементарни частици, се подчинява на законите на квантовата механика. В какво се състои главната особеност на квантово механичното описание на движението на микро обекти? Да разгле­даме такъв опит. Електрони с определена енергия, като излизат от източника, преми­нават по един през малки отверстия, които се намират в поставената на пътя им прегра­да (например пластинка), а след това попа­дат на фото плака, като предизвикват почерняването й. След проявяване на фотоплаката на нея може да се види съвкупност от редува­щи се светли и тъмни пръстени т.е. дифракционна картина. Дифракционната картина представлява много слож­но физично явление, което включва както дифракция - огъване на вълната около препятствието, така и интерференция, т.е. наслагване на вторични вълни. Дифракцията и интерференцията показват наличие на вълнови свойства у електрона, тъй като само вълните са способни да заобикалят прегради и да се наслагват при срещите им. Обаче като попада на фото-слоя, електронът предизвиква почерняване само на едно място, в едно зърно на фото-слоя, което свидетелства за корпускулни свойства на електро­на. Защото, ако е вълна, той би осветил пове­че или по-малко равномерно цялата плака.

По такъв начин при едни условия, напри­мер при преминаване през малък отвор, електронът се отнася като вълна, докато при други условия, когато се насочва към фото-плака, той се отнася като частица (корпускула).

Вследствие на дифракцията при премина­ване през отвор електронът може по принцип да попадне във всяка точка на фотоплаката, но с различна вероятност. С други думи, мо­же да се говори за вероятност за намиране на електрона в една или друга област на фото­-слоя или, казано по-общо, в област на прос­транството. Именно с помощта на понятието вероятност се описва физиката на движение­то на електрона.

Често пъти вероятността за намиране на електрона в пространството се изобразява нагледно с множество точки, подобно на облак. Поради това, когато се гово­ри за вероятност за намиране на електрона в една или друга област на пространството, се употребяват изразите: „електронен облак", „разпределение на електронната плътност" или просто „електронна плътност”.

Следва да се помни, че електронният облак не е нагледен образ на самия електрон, „размазан” в пространството, а само нагледно изображение на вероятността за намирането му в различни области на пространството, т.е. в крайна сметка електронният облак характеризира движението на електрона.). Разпределението на електронната плътност в атомите и в молекулите е тяхната най-важна характеристика, тъй като позволява да се разбере много от физикохимичните им свойства. Освен това всички химични реакции са съпроводени с промяна на разпределението на електронната плътност в реагентите. При това химиците отделят в особена група окислително-редукционните реакции, при които има, привиден пренос на електрони от едни частици към други. „Привиден" — тъй като в действител­ност, като правило, електронната плътност се променя постепенно, непрекъснато се при­държа към движението на ядрата. В последно време обаче са изучени реакции, в които отначало се пренася един електрон, а след това настъпва съществено преместване на атомните ядра. Като пример може да служи следната реакция в газова фаза:

Благодарение на прескачането на електрона реакцията започва на такова разстояние между К и I2, когато обикновените химични сили са практически равни на нула. Химични­те реакции в йоносферата, много окислител­но редукционни реакции в разтвори и на електроди, много радиационно и фотохимич­ни процеси, някои каталитични окислително-редукционни процеси, процесите на дишането и фотосинтезата в живите организми — ето я не съвсем пълната поредица от сложни проце­си, които включват стадий на пренос на електрон.

През последните години възникна още едно направление в „химията на електрона" — изучаването на т.нар. солватиран електрон (е). Понятието за e се появи за пръв път при изучаване свойствата на разтворите на алкалните метали в течен амоняк. Тези раз­твори са силно оцветени: в синьо, гълъбово или бронзово. С увеличаване концентрация­та на метала се намалява плътността на раз­твора, повишава се електропроводността му, а при големи концентрации се появяват характерен блясък и редица други метални свойства. Още в началото на XX в. е изка­зано предположението, което впоследствие напълно се потвърди, че при разтварянето си в амоняк алкалният метал се дисоциира на метален йон и на солватиран електрон: Ме + х3 е-(NH3)х + Ме+. През 60-те години на XX в. е открит солватиран елек­трон във вода. Но във воден разтвор елек­тронът не „живее" дълго. Той сравнително бързо (времето на живот на електрона във вода е примерно една мили секунда) встъпва в реакция с молекулите на водата:

e-(H2O) + H2O Н + ОН-.

Солватираните електрони играят голяма роля в химичните превръщания, които про­тичат под действието на йонизиращи облъч­вания, а също така и в електрохимичните реакции.

Електроните позволяват на химиците да установяват структурата на молекулите и на кристалите. Характерът на пръстените и интензивността им на електронограмата зависят от изследваните молеку­ли.  Съществуващите методи за разшифровка на електронограмите дават възможност да се установи по тях симетрията на молекулата, големината на валентните ъгли и между ядрените разстояния.