Elektrons ir subatomiska daļiņa ar negatīvu elektrisko lādiņu, kas ir vienāds, bet pretējs protona pozitīvajam lādiņam. Šīs divas daļiņas kopā ar neitroniem veido atomus, un protoni un neitroni atrodas kodolā, bet elektroni apkārtējās orbitālēs, ko tur elektromagnētiskais spēks. Tie ir iesaistīti ķīmiskajā saitē, var plūst cauri dažiem materiāliem kā elektriskā strāva un ir atbildīgi par cieto priekšmetu cietību. Daļiņām ir niecīga masa, aptuveni 1/1836 no protona masas, un tiek uzskatīts, ka tās ir fundamentālas, tas ir, nesastāv no mazākiem komponentiem.
Lai gan bieži ir ērti domāt par elektroniem kā par sīkām, punktveida daļiņām, tie, tāpat kā citas subatomiskās daļiņas, dažkārt var darboties kā viļņi. To sauc par viļņu daļiņu dualitāti. Tā kā neviens faktiski nevar redzēt elektronu, pat izmantojot visspēcīgākos un jutīgākos pieejamos instrumentus, ir iespējams tikai izveidot modeļus, lai mēģinātu izskaidrot viņu uzvedību. Dažos gadījumos vislabāk darbojas “daļiņu” modelis, bet citos – “viļņu” modelis. Tomēr lielāko daļu laika šīs vienības sauc par daļiņām.
Elektroni ikdienas dzīvē
Elektroniem ir būtiska loma visā, ko cilvēki piedzīvo ikdienā. To savstarpējā elektriskā atgrūšanās neļauj cietiem priekšmetiem iziet viens otram cauri, neskatoties uz to, ka atomi, no kuriem tie izgatavoti, lielākoties ir tukša telpa. Šīs daļiņas ir arī atbildīgas par to, lai atomi varētu savienoties, veidojot molekulas, kas veido Zemi un pašu dzīvību. Mūsdienu civilizācija un tehnoloģijas ir ļoti atkarīgas no elektrības, kas ietver elektronu kustību.
Atomi, elementi un molekulas
Ķīmisko elementu īpašības ir atkarīgas no tajos esošo elektronu skaita un to izvietojuma atomā. Šie faktori nosaka, kā elementa atomi savienosies ar citiem atomiem, veidojot molekulas. Kad atomi apvienojas, tie to dara tā, lai sasniegtu zemāku enerģijas līmeni. Var uzskatīt, ka elektroni ir sakārtoti koncentriskos apvalkos, katrs ar maksimālo skaitu, ko tas var saturēt. Parasti zemākais enerģijas stāvoklis tiek sasniegts starp diviem atomiem, kad abi spēj aizpildīt savus attālākos čaulas.
Ir divi galvenie veidi, kā atomi var apvienoties vai veidot ķīmisku saiti viens ar otru. Jonu saitē atoms ziedo vienu vai vairākus elektronus citam cita elementa atomam, parasti tādā veidā, ka abi iegūst pilnīgus ārējos apvalkus. Tā kā atomā parasti ir tāds pats elektronu skaits kā protoniem, tas ir elektriski neitrāls, bet, zaudējot vai iegūstot daļu, tas radīs pozitīvu vai negatīvu lādiņu, veidojot jonu. Metālam ir tendence ziedot elektronus nemetālam, veidojot jonu savienojumu. Molekulu satur kopā elektriskā pievilcība starp pozitīvi lādētu metālu un negatīvi lādētu nemetālu.
Kovalentā saitē, kas veidojas starp nemetāliem, atomi apvienojas, daloties ar elektroniem, lai panāktu zemāku enerģijas stāvokli, parasti atkal piepildot to ārējos apvalkus. Piemēram, oglekļa atoms, kuram ir četri mazāki par pilnu ārējo apvalku, var veidot kovalentās saites ar četriem ūdeņraža atomiem, no kuriem katrs ir īss ar vienu elektronu, veidojot metāna (CH4) molekulu. Tādā veidā visiem pieciem atomiem ir pilns apvalks. Kovalentās saites satur kopā sarežģītās organiskās molekulas, kas ir būtiskas dzīvībai.
Elektrība
Elektronu kustība no vienas vietas uz otru izpaužas kā elektrība. Tas var izpausties kā “statiskā” elektrība, kur berze liek šīm daļiņām pārvietoties no viena materiāla uz otru, atstājot gan elektriski uzlādētas, gan spējīgas pievilkt citus objektus. Pirmo reizi tas tika dokumentēts Senajā Grieķijā, kad efektu radīja dzintaru berzējot ar kažokādu. Vārds elektrons patiesībā cēlies no grieķu vārda, kas apzīmē dzintaru.
Ierīce, ko sauc par Van de Graff ģeneratoru, izmanto šo efektu, lai radītu ļoti augstu spriegumu, kas var radīt lielas dzirksteles.
Tomēr vispazīstamākais elektroenerģijas veids ir elektriskā strāva, kas tiek piegādāta mājām un rūpniecībai, lai nodrošinātu gaismu un siltumu, kā arī darbinātu dažādas ierīces un procesus. Tas sastāv no elektronu plūsmas caur piemērotu materiālu, kas pazīstams kā vadītājs. Labākie vadītāji ir metāli, jo to ārējie elektroni ir brīvi turēti un var viegli pārvietoties. Vadītāja kustība magnētiskajā laukā var radīt tajā elektronu plūsmu, kas tiek izmantota liela mēroga elektroenerģijas ražošanā.
vēsture
Ideja, ka elektrība varētu nākt mazās, nedalāmās vienībās, pastāvēja kopš 19. gadsimta sākuma līdz vidum, taču īru fiziķis G. Džonstons Stounijs 1894. gadā pirmo reizi izmantoja terminu elektrons, lai aprakstītu postulēto negatīvā elektriskā lādiņa pamatvienību. . Trīs gadus vēlāk britu fiziķis Dž.Dž.Tompsons to identificēja kā subatomisku daļiņu. Tikai 1909. gadā tā lādiņu izmērīja amerikāņu eksperimentālais fiziķis Roberts Endrjūs Millikans ar ģeniālu eksperimentu, kas labi zināms fizikas studentiem. Viņš regulējamā elektriskajā laukā suspendēja dažāda lieluma eļļas pilienus un aprēķināja nepieciešamo lādiņu daudzumu, lai novērstu to krišanu gravitācijas ietekmē. Izrādījās, ka visas vērtības bija vienas un tās pašas mazās vienības, kas bija viena elektrona lādiņš, daudzkārtņi.