इलेक्ट्रॉन

इस लेख में हम इलेक्ट्रॉन के बारे में जानेंगे - इसकी खोज कैसे हुई, इनके गुण, आदि।

Table of Contents

• इलेक्ट्रॉन क्या होता है?
• इलेक्ट्रॉन की खोज
• इलेक्ट्रॉनों के गुण

इलेक्ट्रॉन क्या होता है?

इलेक्ट्रॉन प्रकृति का एक मूल कण (elementary particle) है, और हमारे द्वारा खोजा गया पहला ऐसा कण है। यह परमाणु और अणुओं का एक आवश्यक घटक है। किसी भी परमाणु में, इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर चक्कर लगाते हैं।

आधुनिक भौतिकी

जैसा कि नाम से पता चलता है, आधुनिक भौतिकी भौतिकी की एक नई शाखा है। दूसरे शब्दों में, यह भौतिकी की न्यूटन के बाद की (post-Newtonian) अवधारणा है।

यहां, हम प्रकृति के मूल कणों, उनके द्वारा बनाई गई संरचनाओं, वे एक दूसरे के साथ कैसे क्रिया करते हैं, और प्रकृति की मौलिक शक्तियों (fundamental forces of nature) के बारे में अध्ययन करते हैं।

इलेक्ट्रॉन की खोज

इलेक्ट्रॉन की खोज का श्रेय जे जे थॉमसन (J. J. Thomson) को जाता है। वह उन्हें पदार्थ के मौलिक और सार्वभौमिक घटक मानते थे। वास्तव में, “इलेक्ट्रॉन” नाम भी थॉमसन द्वारा दिया गया था। इस खोज के लिए उन्हें 1906 में भौतिकी के नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

बिजली की खोज के बाद 19वीं सदी के अंत में कई वैज्ञानिकों ने इस पर प्रयोग किए। इनमें से अधिकांश प्रयोगों में डिस्चार्ज ट्यूब में कम दबाव पर गैसों के माध्यम से बिजली (यानी इलेक्ट्रिक डिस्चार्ज) का संचालन शामिल था। इससे विज्ञान में कई नई सफलताएँ मिलीं, उनमें से एक प्रमुख इलेक्ट्रॉन की खोज थी।

डिस्चार्ज ट्यूब (discharge tube) में, गैस को 10^-2 से 10^-3 mm Hg के दबाव में रखा जाता है, और इलेक्ट्रोड (कैथोड और एनोड) के बीच 10⁴ V का विभवांतर (potential difference) लगाया जाता है। इससे ये होता है:

• इलेक्ट्रॉन (Electrons): कैथोड से इलेक्ट्रॉनों का एक पुंज निकलता है (तथाकथित कैथोड किरणें / cathode rays)। जे. जे. थॉमसन, कैथोड किरण कणों की प्रायोगिक गति और विशिष्ट आवेश / specific charge [आवेश-द्रव्यमान अनुपात (e/m)] का निर्धारण करने वाले पहले वैज्ञानिक थे। कैथोड हमेशा इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है, चाहे कैथोड (उत्सर्जक) के रूप में किसी भी सामग्री/धातु का उपयोग किया जाये, या डिस्चार्ज ट्यूब में किसी भी गैस का उपयोग किया जाये। कैथोड किरण कणों की यह सार्वभौमिकता e/m के स्थिर मान से सिद्ध हुई, जो कैथोड सामग्री और गैस से स्वतंत्र है।
• धनात्मक आयन (Positive ions): ये डिस्चार्ज ट्यूब में भरी गैस के धनात्मक आवेशित कण होते हैं (जिन्हें धनात्मक या कैनाल किरणें / Canal Rays कहा जाता है)। गोल्डस्टीन (Goldstein) ने इन किरणों की खोज की थी।

इलेक्ट्रॉनों के गुण

इलेक्ट्रॉन बीम (या कैथोड किरणें) निम्नलिखित गुण प्रदर्शित करती हैं:

• ये नग्न आंखों के लिए अदृश्य हैं और एक सीधी रेखा में यात्रा करती हैं। हालांकि, विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में कैथोड किरणें (और कैनाल किरणें भी) विक्षेपित हो जाती हैं। यह दर्शाता है कि इलेक्ट्रॉन विद्युत आवेशित होते हैं - उनके पास ऋणात्मक आवेश होता है, जिसे e द्वारा दर्शाया जाता है।
• इलेक्ट्रॉन बीम गैसों को आयनित कर सकती हैं।
• इलेक्ट्रॉन बीम रासायनिक परिवर्तन भी उत्पन्न कर सकती हैं, उदा. वे एक फोटोग्राफिक प्लेट को प्रभावित कर सकती हैं। (यहां तक कि कैनाल किरणें भी भौतिक और रासायनिक परिवर्तन उत्पन्न कर सकती हैं, उदाहरण के लिए वे फोटोग्राफिक प्लेटों को प्रभावित कर सकती हैं, और फ्लोरोसेंस/fluorescence और फॉस्फोरेसेंस/phosphorescence जैसी घटना उत्पन्न कर सकती हैं।)
• ये बीम किसी भारी धातु (जैसे टंगस्टन/tungsten) से टकराने पर एक्स-रे उत्पन्न करती हैं।

इलेक्ट्रॉन का आवेश (Charge of Electron)

अमेरिकी भौतिक विज्ञानी आर. ए. मिलिकन (R. A. Millikan) ने 1913 में अपना तेल-बूंद प्रयोग (oil-drop experiment) किया। इस प्रयोग का उद्देश्य एक इलेक्ट्रॉन पर स्तिथ सटीक आवेश को मापना था।

प्रयोग के परिणामों से पता चला कि एक तेल की बूंद पर आवेश हमेशा 1.602 × 10^-19 C का अभिन्न गुणक होता है। यह मूल आवेश (elementary charge) है, जो एक इलेक्ट्रॉन पर आवेश का मान होता है। यह e द्वारा निरूपित किया जाता है। इस संसार में प्रत्येक आवेशित वस्तु का एक आवेश होता है जो इस मान का अभिन्न गुणज होता है। तो, इस प्रयोग ने साबित कर दिया कि विद्युत आवेश परिमाणित (quantised) है।

अब क्यूंकि वैज्ञानिकों को आवेश का मान (e, मिलिकन द्वारा परिकलित) और विशिष्ट आवेश (e/m, जे जे थॉमसन द्वारा परिकलित) पता था, इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान (m) आसानी से निर्धारित किया जा सकता था।