اكتشاف الإلكترون
أولاً/ مجهودات العالم فاراداي
- كانت البداية لاكتشاف الإلكترون عام 1874م من العالم فاراداي Faraday حيث قام بإمرار تيار كهربي في محلول مائي حيث توصل إلى أن العناصر تحتوي على أجسام كهربية سميت فيما بعد بالإلكترونات (أي أن للمادة طبيعة كهربية) ، ثم درس العلاقة بين كمية الكهرباء وتأثيرها الكيميائي على المحلول.
توضيح: عند إمرار تيار كهربي في المحلول المالي لكبريتات النحاس الثنائي ( --Cu ++ SO4 ) فإنه سوف يترسب النحاس وهذا يعني أن :
أيونات النحاس الموجبة + تيار كهربي ( شحنات سالبة ) ← ذرات نحاس متعادلة
ومن هذا استنتج فاراداي أن الذرات (الأجسام) تحتوي على أجسام كهربية سالبة.
معلومة: عرف الاقدمون أن للمادة طبيعة كهربية فمثلاً عند دلك قضيب مطاطي بقطعة من الصـوف فإن الاجـسـام الـخـفـيـفـة مثل قصاصات الورق تنـجـذب نحـو القضيب ولكن الـعـالـم فاراداي استطاع أن يثبت بالتجربة ان للمادة طبيعة كهربية.
ثانياً/ مجهودات العالم جورج ستوني
ـ استنادا إلى تجـارب فـاراداي توصل الـعـالـم جـورج سـتـونـي G.J.Stoney عام 1891م إلى وجود علاقة بين الشحنة الكهربية ونرات العناصر واقترح تسمية هذه الشحنة الكهربية بـ (الإلكترون) .
ثانياً/ مجهودات العالم بلوكر
- من خلال تجارب التفريغ الكهربي Electrical discharge توصل العالم بلوكر عام 1858م إلى اكـتـشـاف الأشـعـة المهبطيـة ، وقد أدت هذه التجربة في النهاية إلى اكـتـشـاف الإكتـرون واكتشاف خـواصـه.
- حيث قام بلوكر بإمرار تيار كهربي في أنبوب زجـاجي مفرغ من الغاز بحيث يصبح الضغط داخل الانبوب 0.001cm Hg عند ذلك تنطلق اشعة من المهبط متجهة إلى المصعد ، مما يؤدي إلى أن جدران الانبوب تضييء . وقد أطلق على هذه الأشعة بالاشعة المهبطية.
معلومة: للتاكد أن الأشعة تصدر من المهبط نضع شاشة مكسوة بكبريتيد الخارصين بين القطبين ، حيث نلاحظ أنها تتوهج في الجهة المقابلة للمهبط أو الكاثود (Cathode) .
تـعـريـف الـتـفـريـغ الـكـهـربي
هو عـمـلـيـة إمـرار الـتـيـار الكـهـربـي في انابيـب الـتـفـريغ تحت ضغط منخفض وباستخدام تيار كهربي نو جهد كهربي عالي .
مصادرالأشعة المهبطية
(۱) الغاز المستخدم (۲) مادة المهبط
خواص أشعة المهبط
(1) تسير اشعة المهبط في خطوط مستقيمة . حيث استدل العلماء على ذلك من خلال تكون صورة كاملة ( ظل ) للجسم الذي وضع في مسار الاشعة .
(2) اشعة المهبط عبارة عن جسيمات متحركة . حيث استدل العلماء على ذلك من خلال وضع مروحة خفيفة سهلة الحركة في مسار الأشعة . وعند انطلاق الاشمعة تحركت المروحة ، وهذا يدل على ان اشعة المهبط جسيمات لها كتلة .
(3) اشعة المهبط ذات شحنة سالبـة . حيث اسـتـدل العلمـاء على ذلك من خلال وضـع أنبوب التفريغ الكهربي بين مـجـال كهربي او مغناطيسي حيث وجد أن الاشعة تنحرف نحـو القطب الموجب .
تعريف أشعة المهبط
هي جسيمات ذات شحنة سالبة تسير في خطوط مستقيمة وبسرعة عالية وتحمل طاقة عالية .
ما هي الدلائل التي تبين ان الاشعة المهبطية قادمة من المهبط؟
الدلائل هي:
(1) انها تحمل شحنة سالبة .
(2) تكون الظل في الجهة المقابلة للمهبط .
(3) دوران المروحة
ثالثاً/ مجهودات العالم طمسن
ومما سبق توصل العلماء إلى أن:
اشعة المهبط هي عبارة عن سيل من الإلكترونات ذات كتلة وشحنة ، ولا تختلف هذه الكتلة أو الشحنة مهما اختلف الغاز الموجود داخل انبوب التفريغ أو اختلف نوع مادة المهبط .
- تمكن الـعـالـم طـمـسن Thomson عام 1897م من تعيين نسبـة شـحـنة الإلكترون (e) إلى كتلته (m) ، وقيمتها تساوي :
( e / m = 1.7588 × 108 coulomb / g )
حيث وجد أن هذه النسبة ( e/m ) ثابتة ولاتعتمد على نوع الغاز الموجود في الأنبوب أو على نوع مادة المهبط أو المصعد.
علل: في تجربة الأشعة المهبطية قيمة ( e/m) ثابتة مهما اختلفت المواد.
السبب : لأن الأشعة المهبطية عبارة عن إلكترونات ، والالكترونات جسيمات موجودة في جميع المواد ، وهي ذات كتلة ثابتة وشحنة ثابتة لا تختلف من مادة إلى أخرى .
وبذلك توصل الـعـالـم طمسن إلى أن هذه الأشعة تتكون من دقائق أو جسيمات موجودة في جـمـيـع ذرات العناصر ، وسـمـاهـا بالإلكتـرونات، وبذلك حصل على جائزة نوبـل لاكـتـشـافـه الإلكترون عام 1906م .
ملاحظة : سبق أن ذكرنا أن طمسن استطاع أن يعين نسبة شحنة الإلكترون إلى كتلته (e/m) وقد كانت القيمة كبيرة ، وهذا يعني إما أن يكون الإلكترون نو كتلة صغيرة جدا ، وإما - أن يكون ذا شحنة كبيرة جداً ، ولكن العالم ميليكان استطاع أن يحل هذه المشكلة من خـلال تجربته ( قطرة الزيت ) .
رابعاً/ مجهودات العالم ميليكان
- تمكن العالم ميليكان Milikan عام 1908م من تحـديد شحنة الإلكترون من خلال تجربة قطرة الزيت وقيمتها تساوي :
( e = 1.6022 × 10-19 coulomb )
- ومن نسبة الشحنة إلى الكتلة التي أوجدها طمسن ومن شحنة الإلكترون التي أوجـدها ميليكان أمكن معرفة كتلة الإلكترون وهي:
( m = 9.1096 × 10-28 g )