En elektron är en subatomär partikel med en negativ elektrisk laddning som är lika med, men motsatt, den positiva laddningen av en proton. Dessa två partiklar, tillsammans med neutroner, bildar atomer, med protoner och neutroner som finns i kärnan, och elektronerna i omgivande orbitaler, som hålls på plats av den elektromagnetiska kraften. De är involverade i kemisk bindning, kan flöda genom vissa material som en elektrisk ström och är ansvariga för soliditeten hos fasta föremål. Partiklarna har en liten massa, cirka 1/1836:el av en protons massa, och tros vara grundläggande, det vill säga inte uppbyggda av mindre komponenter.
Även om det ofta är bekvämt att tänka på elektroner som små, punktliknande partiklar, kan de, i likhet med andra subatomära partiklar, ibland bete sig som vågor. Detta är känt som våg-partikeldualiteten. Eftersom ingen faktiskt kan se en elektron, ens med de mest kraftfulla och känsliga instrument som finns, är det bara möjligt att konstruera modeller för att försöka förklara deras beteende. I vissa fall fungerar en ”partikelmodell” bäst och i andra en ”vågmodell”. För det mesta hänvisas dock dessa enheter till som partiklar.
Elektroner i vardagen
Elektroner spelar en grundläggande roll i allt som människor upplever på en daglig basis. Deras ömsesidiga elektriska avstötning hindrar fasta föremål från att passera genom varandra, trots att atomerna som föremålen är gjorda av för det mesta är tomt utrymme. Dessa partiklar är också ansvariga för att tillåta atomer att gå samman för att bilda de molekyler som utgör jorden och livet självt. Den moderna civilisationen och teknologin är starkt beroende av elektricitet, vilket innebär rörelse av elektroner.
Atomer, element och molekyler
De kemiska grundämnenas egenskaper beror på antalet elektroner de har och deras arrangemang inom atomen. Dessa faktorer avgör hur atomer av ett element kommer att kombineras med andra atomer för att bilda molekyler. När atomer kombineras gör de det på ett sådant sätt att de uppnår en lägre energinivå. Elektronerna kan tänkas vara ordnade i koncentriska skal, vart och ett med ett maximalt antal som det kan innehålla. Vanligtvis uppnås det lägsta energitillståndet mellan två atomer när båda kan fylla upp sina yttersta skal.
Det finns två huvudsakliga sätt som atomer kan kombinera, eller bilda en kemisk bindning, med varandra. Vid jonbindning donerar en atom en eller flera elektroner till en annan atom av ett annat grundämne, normalt på ett sådant sätt att båda uppnår fullständiga yttre skal. Eftersom en atom normalt har samma antal elektroner som protoner, är den elektriskt neutral, men att förlora eller få några kommer att ge den en positiv eller negativ laddning och bildar en jon. En metall tenderar att donera elektroner till en icke-metall för att bilda en jonisk förening. Molekylen hålls samman av den elektriska attraktionen mellan den positivt laddade metallen och den negativt laddade icke-metallen.
I en kovalent bindning – som bildas mellan icke-metaller – kombineras atomer genom att dela elektroner för att uppnå ett lägre energitillstånd, vanligtvis, återigen, genom att fylla upp deras yttre skal. Till exempel kan en kolatom, som är fyra kortare än ett helt yttre skal, bilda kovalenta bindningar med fyra väteatomer, var och en kort kort, vilket bildar en molekyl av metan (CH4). På så sätt delar alla fem atomerna ett fullt skal. Kovalenta bindningar håller ihop de komplexa organiska molekylerna som är livsnödvändiga.
Elektricitet
Elektronernas rörelse från en plats till en annan manifesterar sig som elektricitet. Detta kan ta formen av ”statisk” elektricitet, där friktion får dessa partiklar att flytta från ett material till ett annat, vilket lämnar både elektriskt laddade och kan utöva en attraktion mot andra föremål. Detta dokumenterades först i antikens Grekland, när effekten skapades genom att gnugga bärnsten med päls. Ordet elektron kommer faktiskt från det grekiska ordet för bärnsten.
En enhet som kallas Van de Graff-generator använder denna effekt för att generera mycket höga spänningar som kan producera stora gnistor.
Den mest kända formen av elektricitet är dock den elektriska ström som tillförs hem och industri för att ge ljus och värme och för att driva olika enheter och processer. Den består av ett flöde av elektroner genom ett lämpligt material, känt som en ledare. De bästa ledarna är metaller, eftersom deras yttre elektroner hålls löst och kan röra sig lätt. En ledares rörelse inom ett magnetfält kan producera ett flöde av elektroner inom det, en effekt som används i storskalig elproduktion.
historik
Tanken att elektricitet kan komma i små, odelbara enheter hade funnits sedan början till mitten av 19-talet, men det var 1894 som den irländska fysikern G. Johnstone Stoney först använde termen elektron för att beskriva den postulerade grundläggande enheten negativ elektrisk laddning . Tre år senare identifierade den brittiske fysikern JJ Thompson den som en subatomär partikel. Det var inte förrän 1909 som dess laddning mättes av Robert Andrews Millikan, en amerikansk experimentell fysiker, genom ett genialiskt experiment välkänt för fysikstudenter. Han suspenderade oljedroppar av olika storlekar i ett justerbart elektriskt fält och beräknade mängden laddning som krävdes för att förhindra dem att falla av gravitationen. Det visade sig att värdena alla var multipler av samma lilla enhet, som var laddningen på en enda elektron.