الإلكترونات

(الكُهَيْرَن (بالإنجليزية: Electron‏) في الترجمات العربية الحديثة، على وزن فُعَيْلَن من الكهرباء وهو العنبر) هو جسيم أولي مكون للذرة. تحيط الكُهَيْرَنات بالنواة المتكونة من بروتوناتونيترونات في شكل ترتيب كُهَيْرَني. تم استحداث كلمة " Electron " كُهَيْرَن في عام 1894 م وتم اشتقاقها من المصطلح (" Electric " كهربي) والذي يساوي أصله الإغريقى كلمة عنبر, والذي كان يمكن الحصول على شحنة إلكتروستاتيكية منه عند مسحه بقطعة قماش. ويرجع المقطع الأخير "on" إلى أنه يتشارك في معظم الجسيمات تحت الذرية التي استخدمت في كلمة Ion. ((في اللغة العربية لا يوجد ترابط بين التراجم بين كُهَيْرَن و(أيون أو حسب الترجمة شاردة!) هنا العجب في اللغة الإنجليزية في ترابط معانيها العلمية وسهولة الفهم من إشتقاقها " نسأل الله أن يفقه أحد المتحدثين بالعربية الفصحى وبارع في الإنجليزية ليصلح شؤن الترجمة وترابط المعاني من مشتقاتها.
كُهَيْرَن ترجمة مؤقته من كلمة "Electron" إلى أن تتم الترجمة الحقيقية لهذه الكلمة المركبة من إشتقاق "تأسف اللغة العربية لعدم ولادة الكلمات والمصطلحات أشباه إلكترون وأيون وبروتون… ومزجها بإشتقاق وتجانس لندعوا الله الذي أصطفى اللغة العربية للدين الإسلامي الحنيف والقرآن الكريم بأن يمنى علينا بمصطلحات ومشتقات متناسقة في كل العلوم تسهل المعرفة وتسهل الفهم للقراء بكل يسراً وسهولة"
وكما تم التوضيح فإن الإلكترون له شحنة كهربية سالبة. وعندما يتحرك فإنه يولد تيارا كهربيا. ونظرا لأن الإلكترونات الموجودة في الذرة تحدد الطريقة التي تتفاعل بها الذرة مع الذرات الأخرى, فإنها تساهم بشدة في الخواص الكيميائية للعناصر وبذلك تلعب دورا رئيسيا في الكيمياء.
نظرة عملية على الإلكترون
تركيب الالكترون
هناك نوعين من الالكترونات المعروفة وهي الالكترون الموجب (البوزترون) والالكترون السالب (وهو المعروف لنا) ولكن هناك نوعا ثالثا وهو الالكنرون عديم الشحنة. وجميع هذه الالكترونات تتكون من ستة أنواع من الجسيمات تحمل كل واحدة منها مضاعفات ثلث شحنة الالكترون وهذه تحمل الشحنات التالية-ثلث -ثلثين – ثلاثة اثلاث +ثلث +ثلثين +ثلاثة اثلاث) النركيب اما الالكترون السالب فيتكون من نوعين من الالكترونات وهو الالكترون النحيل والالكترون الضخم ويفسر ذلك خطأ بما يسمى () effective mass يعتمد ذلك على بعده عن النواة فعندما يكون قريبا من النواة يكون ضخما (يتكون من ستتة أليكترونات بينما ينتقل من مدار إلى اخر يتغير تركيبه الداخلي ويخسر زوجا من مكوناته يطلقها بشكل طاقة (فوتونات) وهي في الحقيقة الكترون معتدل يسير بسرعة الضوء يخلف ورائه الكترونا اخف ينطلق مبتعدا عن النواة ليتخذ مدارا جديدا ويتزاوج مع الكترون ذلك المدار ليكون جزيئا الكنرونيا (يذكر على انهما سبن Up واخر down) ولكنهما في الحقيقة جزئ مكون من 12 أليكترون وبحسب المزج بين الstates المتواجدة فيها تلك الاليكترونات يظهر زوج الالكترون هذا بطاقة محددة وتواجد الاليكترونات بهذا الشكل يفسر وجود الكواركات المعروفة u d t p s c وكذلك الحال تتواجد ستتة أنواع من الاليكترونات (تحمل مضاعفات ثلث شحنة الالكترون) وكتلها مختلفة لكنها تكون ضخمة في حالة الالكترونات القريبة من النواة وتكون خفيفة في حالة الالكترونات البعيدة عن النواة وتكون اما انها تتكون من اليكترونين أو ثلاثة أو اربعة أو خمسة أو ستتة ويؤدي ذلك إلى تكون المرافق للالكترون سواء كان نيوترينو أو ميون أو تاو فالذرة تتكون من كواركات واليكترونات وهناك ستتة أنواع من الكواركان والاليكترونات
* اليكترونات ثنائية (الالكترون والبوزبرون والالكترون معتدل الشحنة)
* اليكترونات ثلاثية
تصنيف الإلكترونات
الإلكترون عبارة عن أحد الجسيمات تحت النووية، ويطلق عليه أيضا اسم ليبتون والذي يعتبر جسيما أساسيا (أي لا يمكن تكسيره للحصول على جسيمات أصغر).
وكلمة جسيم قد تكون محيرة عند استخدامها لدرجة ما، نظرا لأن ميكانيكا الكم أظهرت أن الإلكترون يسلك أيضا سلوك الموجات، أي أن له طبيعة مزدوجة، مثل ما يحدث في تجربة الانشقاق المزدوج أو
خواص وسلوك الإلكترون
ترجع كلمة إلكترون غالبا إلى نيجاترون مشحون بشحنة كهربية سالبة مقدارها ***8722;1.6 × 10***8722;19C وكتلة 9.11 × 10***8722;31 كجم (0.511 MeV) والذي يساوي تقريبا 1836 من كتلة البروتون. ويتم التعبير عن ذلك بالرمز -e. وقد قام كارل دي أندرسون باستخدام نفس الكلمة كتعبير عن نيجاترون وبوزيترون, والبوزيترون له نفس الكتلة ونفس الشحنة ولكن بقيمة موجبة.
وتعتبر حركة الإلكترون حول النواة من الموضوعات التي لا يزال فيها جدال حاد. فلا يمكن اعتبار حركة الإلكترون كأي نوع من الحركات في علم الفيزياء نظرا لأن هذه الحركة ليست دائما موجودة, كما لو أن الإلكترون يختفي في بعض الأوقات أثناء دورانه حول النواة. وفي الوقت الحالي لا يمكن التنبؤ بمكان وسرعة الإلكترون في نفس الوقت. وقد تم عرض هذا الفرض عن طريق مبدأ اللايقين هايزنبرج والذي يتم تطبيقه على الجسيمات التي لها طبيعة تماثل طبيعة الإلكترون, كما يمكن التعبير بصورة أخرى عن ذلك, كلما زادت دقة معرفة مكان الإلكترون كلما قلت دقة معرفة سرعته والعكس صحيح.
الإلكترون له دوران (مغزلي) يساوى 1 / 2, والذي يثبت أنه فيرميون, أي أنه جسيم يتبع إحصائيات فيرمى ديراك.
وبينما توجد معظم الإلكترونات في الذرة, فإنه قد توجد بعض الإلكترونات التي تتحرك بمفردها في المادة, أو في شكل شعاع إلكتروني في الفراغ. فتتحرك الإلكترونات في الموصلات الفائقة على هيئة "أزواج كوبر" والتي تتزاوج أثناء حركتها بقرب حواف المادة عن طريق شبكة اهتزازية فيما يعرف بالفونون.
عندما تتحرك الإلكترونات, بعيدا عن النواة, في شكل شبكي فهذا يعرف بالكهرباء أو التيار الكهربائي.
على أن الكهرباء الساكنة, لا تعتبر سريانا للإلكترونات. ولكنها ترجع لأي جسم به عدد أقل أو أكبر من عدد الإلكترونات اللازم لعمل اتزان للشحنة الموجبة الموجودة في النواة. وعندما تكون الإلكترونات أكثر يكون الجسم سالب الشحنة, بينما يكون موجب الشحنة في حالة أن الإلكترونات أقل. ويكون الجسم متعادل الشحنة حينما يكون عدد الإلكترونات مساو لعدد البرتونات.
يمكن للإلكترون والبوزيترون أن يقضيا على بعضهما البعض لتكوين فوتون. وبالعكس فإن الفوتون الذي له طاقة عالية يمكن أن يتحول إلى إلكترون وبوزيترون بعملية يطلق عليها الإنتاج الزوجي.
الإلكترون جسيم أولي أي أنه لا يوجد له تركيب تفصيلي (لم تجد أي من التجارب العلمية حتى الآن أي تركيب تفصيلي له). وعلى هذا فإنه يوصف على أنه شبيه بالنقطة أي لا يوجد له حيز مكاني. وعند النظر بقرب أكثر للإلكترون فيمكن ملاحظة أن خواصه (الشحنةوالكتلة) تتغير. وهذا يحدث بصفة عامة لكل الجسيمات الأولية عند اقترابها من بعضها البعض في الفراغ, وعلى هذا فإن الخواص التي نشاهدها من بعيد تكون محصلة التأثيرات الحادثة في الفراغ.
يوجد ثابت فيزيائي يسمى نصف قطر الإلكترون التقليدي وقيمته 2.8179 × 10***8722;15 م وقد تم الاستدلال على هذه القيمة من شحنة الإلكترون وهذا تم عن طريق النظرية التقليديةللديناميكا الحرارية وبدون وجود نظريات ميكانيكا الكم (أي أنه تصور قديم ولكنه مع ذلك لايزال يصلح للاستخدام في الحسابات).
تقترب سرعة الإلكترون في الفراغ من سرعة الضوء في الفراغ ولكن لا تصل إليها. وهذا راجع إلىالنرية النسبية الخاصة. وتأثير النسبية الخاصة مبني على كمية تعرف بجاما أو عامل لورينتز. وتكوّن جاما علاقة بين سرعة الجسيم v وسرعة الضوء c وهي كالتالي:

الإلكترون في الكون
من المعروف أن عدد الإلكترونات الموجودة في الكون المعروف هو على الأقل 1079. وهذا الرقم مبني على أساس واحد إلكترون في المتر المكعب من الفضاء.
وبناء على نصف قطر الإلكترون التقليدي وبفروض تغليف الأجسام الكروية فإنه يمكن حساب كمية الإلكترونات التي يمكن أن تملأ الفراغ تقريبا 10130. على أن هذا الرقم أقل بكثير من نصف قطر الإلكترون التقليدي.
الإلكترون في الصناعة
يتم استخدام شعاع الإلكترونات في اللحام الحوامل والطبع الحجري.
[عدل] 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 500,000 مرة. ويتم استخدام تأثير الكوانتم للإلكترونات في مجهر المسح الأنبوبي.
الإلكترون في النظريات
في ميكانيكا الكم, تم وصف الإلكترون بواسطة معادلة ديراك. في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات فإن الإلكترون يكون ما يشبه المعطف مع (SU(2 مع نيوترينو الإلكترون حيث أنهما يتفاعلان خلال تفاعل الضعف. وللإلكترون شريكان أخران بنفس الشحنة ولكن بكتل مختلفة أثقل منه نحو 200 مرة: ميوميزون وتاو ميزون.
معاكس أو نقيض المادة ونقيض الإلكترون يسمى بوزيترون. والبوزيترون له نفس كمية الشحنة الموجودة في الإلكترون ولكن شحنته موجبة. وله نفس كتلة ألإلكترون ونفس كم دورانه المغزلي. وعندما يتقابل إلكترون وبوزيترون فإنهما يفنيا بعضهما البعض، ويتحولان إلى 2 فوتون من أشعة جاما, وكل شعاع منهما له طاقة تقدر ب 0.511 MeV أو 511 keV. راجع إبادة إلكترون – بوزيترون.
ويعتبر الإلكترون أيضا عنصرا أساسيا في الإلكترومغناطيسية, ونظرية الإلكترومغناطيسية تصف بكل دقة حركة الإلكترونات في أنظمة المجهر الإلكتروني مجهر إلكتروني.
الإلكترون تاريخيا
تم اقتراح الإلكترون كوحدة للشحنة في الكيمياء الإلكترونية بواسطة جى جونستون ستوني في عام 1874 م وفي عام 1894 م, قام هو باختراع الكلمة. واكتشاف أن الإلكترون هو جسيم تحت ذري تم في عام 1897 م بواسطة طومسون في معمل كافينديش, بينما كان يدرس أشعة الكاثود. وبنتائج تجارب جيمس كليرك ماكسويل, واكتشاف أشعة إكس فقد استنتج وجود أشعة الكاثود وأنها جسيمات سالبة الشحنة وسماها كوربوسكل. وقد نشر اكتشافه عام 1897 م.
وطبقا ً ل الجدول الدوري للعناصر فإن الخواص الكيميائية للعناصر تكرر دوريا إلى حد كبير، وقد كان ذلك أساس ترتيب الجدول الدوري للعناصر. وقد تم تفسير الجدول مبدئيا عن طريق الكتلة الذرية للعناصر. وعموما فإن الاختلافات التي كانت موجودة في الجدول الدوري تم تفسيرها لاحقا بتقدم اكتشاف البناء الذري. في عام 1913 قام هنري موزلي بتقديم العدد الذري وقد فسر ذلك الجدول الدوري عن طريق عدد البروتونات الموجودة في كل عنصر. وفي نفس العام قام نيلز بور بتوضيح أن الإلكترونات هي الأساس الفعلي لترتيب لجدول. وفي عام 1916 م, قام جيلبرت نيوتن لويس وإيرفنج لانجمير بتوضيح الترابط الكيميائي للعناصر عن طريق تفاعل الإلكترونات.

حيود الإلكترونات (بالإنجليزية: Electron Diffraction‏) هو انكسار منظم لموجات الإلكترونات عند تخللها البلورات. وينشأ عن ذلك الإنكسار أن شعاع الإلكترونات الساقط يتشتت بعد الخروج منها معطيا توزيعا منتظما يدل على البناء البلوري (المنتظم) للمادة الصلبة . وقد يكون البناء البلوري مكعبا كما في الحديد و النحاسوالذهب و الفضة ، أو سداسياالتركيب كما في الجرافيت .
ويستخدم حيود الإلكترونات لغرض تعيين توزيع الذرات في المادة الصلبة .

ونعرف عن حيود موجات الأشعة السينية المسمى بحيود براج ، أن الأشعة السينية الساقطة على بلورة من اتجاه معين تنتشر طبقا لشكل منتظم بعد خروجها من البلورة. وتحدث ظاهرة الحيود عندما تقارب موجة أشعة إكس المسافات بين الذرات في المادة.

Bragg diffraction
يحدث حيود الإلكترونات عندما يكون طول موجة الإلكترونات مماثلا لأبعاد الذرات في البلورة ، حيث تنعكس الموجات من طبقات مشغولة بالذرات ، وتتداخل تداخلا بناء طبقا لقانون براج. ففي البلورة تنعكس الموجات الساقطة على عدة طبقات تنفصل عن بعضها بنفس المسافة d كما في الرسم . وعندما تتداخل الموجات المنعكسة تداخلا بناء ، يظل الطور بينهم ثابتا حيث أن مسار كل موجة يساوي عددا صحيحا n لطول الموجة ***955;. ويخضع فارق المسار بين موجتين تتداخلا تداخلا بناء إلى العلاقة :
2dsin***952; = ***955;n
حيث ***952; هي زاوية الانعكاس .