לראשונה נצפו ענני אלקטרונים סביב גרעין האטום!

לראשונה נצפו ענני אלקטרונים סביב גרעין האטום!

כתמים כחולים אלה הם ענני אלקטרונים סביב גרעין אטומי פחמן.

ישנו כתם בעל סימטריה רדיאלית וכתם בעל שתי אונות כפולות ובעל צומת במרכז זה בדיוק כמו התבניות של צפיפויות האלקטרונים במה שקרוי “אורביטלים”  sו-p בתורת הקוונטים.

 

אורביטלים: פעם חשבו שהאלקטרונים הם כמו פלנטות מוצקות שסובבות את הגרעין (השמש) במודל מערכת השמש. ולכן דברו על orbits – מסלולים שנחשבו למסלולי פלנטות לכל דבר. אולם מאז שהאלקטרון נהפך לחלקיק קוונטי (גלי אלקטרונים) החלו לדבר על “אורביטלים” ואלה נהפכו לעננים במקום למסלולים. האורביטלים מתארים את ההתנהגות הדמוי-גלית של האלקטרונים באטום. מחשבים את ההסתברות למציאת האלקטרון או האלקטרונים באטום באזור מסוים סביב הגרעין. כל אורביטל מכיל עד שני אלקטרונים, מוגדר על ידי קבוצת מספרים קוונטיים ומאופיין על ידי הקווים הספקטרוסקופים: sharp, principal, diffuse, fundamental או בקיצור: s, p, d, f

את התצלומים החדשים של כתמי האלקטרונים ביצע איגור מיקאילובסקי והקולגות שלו במכון קרקו לפיזיקה וטכנולוגיה באוקראינה והוא דיווח על כך במאמר שפורסם ב-Physical Review B. התמונות שנתקבלו של ענני האלקטרונים מייצגים את צפיפות האלקטרונים סביב האטום. מיקאילובסקי והקולגות שלו קיררו גרפין כדי ליצור שרשרת אטומי פחמן לטמפרטורה של 4.2 קלווין בואקום. הם ישמו מתח של 425 וולט כדי ליצור שדה חשמלי וגרמו לאטומי המחט של מיקרוסקופ פליטת שדה לפלוט אלקטרונים אל עבר מסך זרחני ושם נוצרו התמונות של ענן האלקטרונים סביב הגרעין.

שיטה זו קרויה מיקרוסקופית פליטת שדה: פליטת אלקטרונים תחת ההשפעה של שדה אלקטרוסטאטי חזק ממתכת או מוליך למחצה אל ואקום למשטח היא פליטת שדה. תופעה זו דווחה לראשונה בשנת 1897. ב-1928 פוולר ונורדהיים הסבירו את התופעה על בסיס מנהור קוונטי של אלקטרונים. אחר כך השתמשו בתופעה של פליטת שדה כדי לפתח מיקרוסקופ. המיקרוסקופ, שמצוי בואקום, בנוי ממחט חדה מאוד שמפיקה שדה חשמלי מאוד חזק סביבה. בהפשטה, השדה החשמלי בקצה המחט הוא פרופורציוני הפוך לרדיוס המחט. האלקטרונים שנפלטים נעים לאורך קווי השדה ויוצרים כתמים כהים ובהירים על מסך זרחני. המיקרוסקופ פועל ללא עדשות והוא בעל יכולת הגדלה של 105 ויכולת חדות והבחנה של 30 אנגסטרום.

זוג התמונות בהגדלה של ענני האלקטרונים: 

 

Advertisements