عجایب الکترونها

اگر عضو یکی از شبکه‌های زیر هستید می‌توانید این مطلب را به شبکه‌ی خود ارسال کنید:

Facebook

Twitter

Google

Yahoo

Delicious

بالاترین

دنباله

[2014-05-30]   [ دکتر شیرزاد کلهری]

 

شما وقتی فرزندتان را می بوسید در حقیقت هیچ تماسی با او برقرار نمی کنید. اگر قدری دندان رو جگر گذاشته و مقاله را تا آخر بخوانید، خواهید فهمید چرا این کار عملی نیست.

الکترونها ذراتی بسیار ریز بوده، دور هسته ی اتمها می چرخند. چرخش الکترونها تنها به دور هسته ختم نمی شود. بلکه بدور خودشان هم می چرخند. اگر اتمی دارای دو الکترون باشد یکی از الکترونها در جهت عقربه های ساعت و دیگر عکس جهت عقربه های ساعت دور خود خواهد چرخید. میتوان این حرکت را با چرخاندن شیر آب مقایسه کرد که در جهت عقربه های ساعت آب بسته میشود و در عکس جهت عقربه های ساعت آب باز میشود. حرکت الکترونها بدور هسته باعث تعادل اتم بوده و آنرا نسبت به اتمهائی با الکترونهای فرد با ثبات تر می کند.

الکترون دارای بار الکتریکی بوده و بر طبق قرارداد بار آنرا منفی و برعکس بار هسته را مثبت نامیده اند. حرکت الکترونها دور هسته اصلا مانند حرکت ماه بدور زمین یا حرکت زمین بدور خورشید نیست. موقعیت الکترون دائما در تغییر بوده و آنرا می توان با تابع موج بیان داشت. این تابع موج که یک رابطه ی ریاضی است که ما را مقدور می سازد که در یک محوطه ی کوچکی بتوانیم قریب به یقین حدس بزنیم که الکترون کجاست. میدانید که الکترون با سرعتی نزدیک به

2000 کیلومتر در ثانیه به دور هسته می چرخد. یعنی فاصله ی از تهران تا آتن را در یک ثانیه طی میکند. این حرکت سریع و آن تابع موج، جمعا الکترون را مانند یک ابر که به ابر الکترونی مشهور است دور هسته نمایان میکند. گو اینکه ابری از الکترون دور هسته بچرخند. تصویر زیر را نکاه کنید.

الکترون یک ضد ذره بنام پوزیترون دارد. اگر الکترون روزگاری با پوزیترون برخورد کند انرژی به اندازه 1.6 10^{-13 J ژول بدست میدهد و در این میان هم خودش و هم پوزیترون کاملا نابود می شوند. تصویر زیر این برخورد را نشان میدهد.}

در یک اتم خنثی تعداد پروتونهای هسته و تعداد الکترونها بیک اندازه است. اگر برای مدتی در یک اتم، یک یا چند الکترون اضافی در مدارش بچرخند آن اتم را یون منفی می گویند ولی اگر اتمی یک یا چند الکترون را مثلا در اثر گرمای زیاد از دست بدهد. آن اتم بار مثبت اش از بار منفی اش بیشتر شده و آنرا یون مثبت می گویند.

برخی از اشعه ها بدلیل اینکه انرژی بالائی دارند، مانند رنتگن (اشعه ی ایکس) و یا گاما در اثر برخورد به اتمها و مولکولهای اطراف خود آنها را یونیزه میکنند. این یونها با تنفس یا در اثر برخورد با پوست و نسوج آدمی بسرعت در صدد خنثی شدن بر آمده و الکترونهای بدن آدمی را میگیرند و گاهی آنقدر این اثر قوی میشود که به تخریب سلولی می انجامد. تغییر شکل سلولی هم یعنی سرطان. بدانجهت هر چه بیشتر بایستی از تیررس این نوع اشعه ها دوری کرد. داندانپزشک ها و کسانی که با رنتگن کار میکنند در مواقع عکس برداری خودشان از اتاق بیرون می روند. در تصویر زیر مشاهده میکنید که چگونه اشعه ی ایکس یک الکترون را از مدارش خارج می کند.

اما چیز جالبی که از الکترونها میشود نتیجه گرفت اینکه الکترونها همگی دور هسته هستند. حتی در ترکیبات شیمیائی که چند اتم پهلوی هم قرار میگیرند و تولید یک مولکول را میدهند. در حقیقت این الکترونها هستند که نقش اساسی را در این ترکیب بازی می کنند. پس از آنکه مولکول بوجود آمد باز الکترونها در سطح خارجی مولکولها قرار میگیرند. پس الکترونهای هر چیزی در جهان اتمی و مولکولی از بدن ما گرفته تا دانه های گندم و شن در سطح خارجی آنها قرار گرفته اند.

حالا چرا این مسئله جالب است. آری بدین دلیل جالب است که وقتی ما چیزی را بر میداریم در حقیقت دست ما هرگز به آن جسم نمی خورد. برای اینکه الکترونهای دست ما دارای بار منفی بوده و در سطح بدن ما می چرخند . الکترونهای آن جسمی که ما برداشته ایم هم در سطح آن جسم می چرخند. الکترونها هم چنانکه گفتیم بار منفی دارند یعنی الکترونهای دست من الکترونهای آن جسم را می رانند با اینهمه دست من آنرا نگهمیدارد. دلیل آنهم مانند اینست که یک آهنربای قوی با قطب همنام با یک آهنربای قوی و یا ضعیف دیگر کنار هم قرارگیرند. در اینصورت ما خواهیم توانست تنها در فاصله نسبتا دوری ایندو آهنربا را کنار هم نگه داریم. به همین صورت هم دست ما و سنگ بهم نمی خورند و فاصله ی ایندو از هم نسبت به فواصل کوچک اتمی بسیار زیاد است. میدان الکتریکی تقریبا 10000بار قوی تر از میدان مغناطیسی است.

پس هیچ چیز با هیچ چیز برخورد نمیکند، یعنی لمس واقعی وجود ندارد.آیا این وحشتناک نیست که فکر کنی هرگز بچه ات را نبوسیده ای و همیشه بین شما و فرزندتان فاصله ای بوده است؟ این فاصله را فیزیکدانان میدان می گویند. که در مورد دست و سنگ و بوسه این میدان الکتریکی است که حائل بین دست و سنگ است. ولی در مورد آهنربا، این میدان مغناطیسی است که عامل فاصله بین دو آهنرباست. مسئله ی میدانها در فیزیک مبحثی بسیار جالب و مهم بوده و از پیچیدگی خاص ریاضی برخوردار هستند.

هر قدر که بخواهیم الکترونها را بهم نزدیک کنیم، همانقدر به نیروی بیشتری احتیاج داریم و این نیرو با نزدیک شدن الکترونها آنقدر زیاد می شود که ما قادر به عرضه ی آن نخواهیم بود. در فیزیک قدیم یعنی فیزیک نیوتنی و غیر کوانتمی این مقدار نیرو بینهایت است ولی در فیزیک کوانتمی غیر ممکن می شود. چرا که موضوع عدم قطعیت و اصل طرد پائولی پیش کشیده میشوند که بحثهای خاص خودشان را دارند.

ممکن است که سئوال شود که یک میخ چگونه وارد یک تخته میشود. جواب راحت است. با هر ضربه ی چکش ما فاصله ی بین اتم های میخ آهنی را با ملکولهای تخته کم میکنیم. هر چقدر که اینها بهم نزدیکتر شوند همانقدر هم نیروی رانشی بین آنها زیادتر میشود و چون ساختمان قرار گرفتن اتمهای میخ حالت کریستالی دارد جدا کردن اتمهای نزدیک بهم میخ آهنی انرژی بیشتری از جدا کردن مولکولهای تخته می طلبد. بدان جهت است که میخ داخل تخته می رود و نه بالعکس!

بایستی بدانیم که حتی راه رفتن ما هم روی فضا صورت میگیرد. چرا که هرگز پاهایمان با زمین تماس پیدا نمی کند. حتی مرده ی ما هم روی فضا می ماند. هیچ آبی به تن ما نمی خورد ولی ما با اینهمه تمیز میشویم چرا؟

در ترکیبات شیمیائی الکترونهای اتمها و یا مولکولها یا به اشتراک گذاشته میشوند و یا از یکی پریده روی آنیکی قرار میگیرند. مثلا اتم کلر و سدیم که هر دو جزو عناصر بسیار سمی و کشنده ی جدول مندلیف هستند به واسطه ی همین الکترونها نمک طعام را درست میکنند که نه تنها کشنده نیست بلکه کمبودش در بدن ما ضایعاتی بوجود آورده، که تولید بیماری میکند.

تمامی الکترونیک از تلویزیون گرفته تا موبایل، گوشی، بلندگو، لیزرهای مختلف و سیستماهای کنترول هواپیما و قطار و همه همه از چگونگی حرکت الکترونها و طرز گرفتن انرژی آنها ساخته شده است. اگر الکترون نبود جهان تنها ذرات پراکنده ی بی خاصیتی بیش نبود.

نسخه‌ی چاپی ارسال اين مطلب به دوستان

---

---