Elektronas yra subatominė dalelė, kurios neigiamas elektros krūvis yra lygus teigiamam protono krūviui, bet priešingas jam. Šios dvi dalelės kartu su neutronais sudaro atomus, o protonai ir neutronai yra branduolyje, o elektronai aplinkinėse orbitose, kuriuos laiko elektromagnetinė jėga. Jie dalyvauja cheminiuose sujungimuose, gali tekėti per kai kurias medžiagas kaip elektros srovė ir yra atsakingi už kietų objektų tvirtumą. Dalelės turi mažą masę, maždaug 1/1836 protono masės, ir manoma, kad jos yra pagrindinės, tai yra, nesudarytos iš mažesnių komponentų.
Nors dažnai patogu galvoti apie elektronus kaip apie mažas taškines daleles, jie, kaip ir kitos subatominės dalelės, kartais gali elgtis kaip bangos. Tai žinoma kaip bangos-dalelių dvilypumas. Kadangi niekas iš tikrųjų nemato elektrono, net naudojant galingiausius ir jautriausius turimus instrumentus, galima tik sukurti modelius, bandančius paaiškinti jų elgesį. Kai kuriais atvejais geriausiai veikia „dalelių“ modelis, o kitais – „bangos“ modelis. Tačiau dažniausiai šie subjektai vadinami dalelėmis.
Elektronai kasdieniame gyvenime
Elektronai vaidina pagrindinį vaidmenį visame, ką žmonės patiria kasdien. Jų tarpusavio elektrinis atstūmimas neleidžia kietiems objektams pereiti vienas per kitą, nepaisant to, kad atomai, iš kurių pagaminti objektai, dažniausiai yra tuščia erdvė. Šios dalelės taip pat yra atsakingos už tai, kad atomai galėtų susijungti ir sudaryti molekules, sudarančias Žemę ir pačią gyvybę. Šiuolaikinė civilizacija ir technologijos labai priklauso nuo elektros, kuri yra susijusi su elektronų judėjimu.
Atomai, elementai ir molekulės
Cheminių elementų savybės priklauso nuo jų turimų elektronų skaičiaus ir jų išsidėstymo atome. Šie veiksniai lemia, kaip elemento atomai susijungs su kitais atomais, sudarydami molekules. Kai atomai susijungia, jie tai daro taip, kad pasiektų žemesnį energijos lygį. Galima manyti, kad elektronai yra suskirstyti į koncentrinius apvalkalus, kurių kiekvienas turi didžiausią skaičių, kurį gali turėti. Paprastai mažiausia energijos būsena pasiekiama tarp dviejų atomų, kai abu gali užpildyti savo atokiausius apvalkalus.
Yra du pagrindiniai būdai, kaip atomai gali jungtis arba sudaryti cheminę jungtį vienas su kitu. Joninių ryšių metu atomas perduoda vieną ar daugiau elektronų kitam skirtingo elemento atomui, paprastai tokiu būdu, kad abu pasiekia pilnus išorinius apvalkalus. Kadangi atomas paprastai turi tiek pat elektronų, kiek ir protonai, jis yra elektriškai neutralus, tačiau praradęs arba įgydamas dalį, jis įgaus teigiamą arba neigiamą krūvį, sudarydamas joną. Metalas linkęs atiduoti elektronus nemetalui, kad susidarytų joninis junginys. Molekulę laiko kartu elektrinė trauka tarp teigiamai įkrauto metalo ir neigiamai įkrauto nemetalo.
Kovalentiniame ryšyje, kuris susidaro tarp nemetalų, atomai jungiasi dalindamiesi elektronais, kad pasiektų mažesnę energijos būseną, paprastai vėlgi užpildydami jų išorinius apvalkalus. Pavyzdžiui, anglies atomas, kuriam iki pilno išorinio apvalkalo trūksta keturių, gali sudaryti kovalentinius ryšius su keturiais vandenilio atomais, kurių kiekvienas yra trumpas po vieną elektroną, sudarydamas metano (CH4) molekulę. Tokiu būdu visi penki atomai turi visą apvalkalą. Kovalentiniai ryšiai sujungia sudėtingas organines molekules, kurios yra būtinos gyvybei.
elektra
Elektronų judėjimas iš vienos vietos į kitą pasireiškia kaip elektra. Tai gali pasireikšti kaip „statinė“ elektra, kai dėl trinties šios dalelės pereina iš vienos medžiagos į kitą, paliekant tiek elektros krūvį, tiek galinčias traukti kitus objektus. Pirmą kartą tai buvo užfiksuota senovės Graikijoje, kai poveikis buvo pasiektas trynant gintarą kailiu. Žodis elektronas iš tikrųjų kilęs iš graikiško žodžio, reiškiančio gintarą.
Įrenginys, vadinamas Van de Graff generatoriumi, naudoja šį efektą, kad sukurtų labai aukštą įtampą, kuri gali sukelti dideles kibirkštis.
Vis dėlto labiausiai žinoma elektros energijos rūšis yra elektros srovė, kuri tiekiama į namus ir pramonę, kad būtų tiekiama šviesa ir šiluma bei maitinami įvairūs įrenginiai ir procesai. Jį sudaro elektronų srautas per tinkamą medžiagą, žinomą kaip laidininkas. Geriausi laidininkai yra metalai, nes jų išoriniai elektronai yra laisvai laikomi ir gali lengvai judėti. Laidininko judėjimas magnetiniame lauke gali sukelti elektronų srautą, kuris naudojamas didelio masto elektros energijos gamybai.
Istorija
Mintis, kad elektra gali būti mažais, nedalomais vienetais, sklandė nuo XIX amžiaus pradžios iki vidurio, tačiau būtent 19 m. airių fizikas G. Johnstone’as Stoney pirmą kartą pavartojo terminą elektronas, apibūdindamas postuluotą pagrindinį neigiamo elektros krūvio vienetą. . Po trejų metų britų fizikas JJ Thompsonas identifikavo ją kaip subatominę dalelę. Tik 1894 m. jo įkrovą išmatavo amerikiečių eksperimentinis fizikas Robertas Andrewsas Millikanas, atlikęs išradingą eksperimentą, gerai žinomą fizikos studentams. Jis pakibo įvairaus dydžio naftos lašelius reguliuojamame elektriniame lauke ir apskaičiavo reikalingus krūvius, kad jie nenukristų dėl gravitacijos. Paaiškėjo, kad visos vertės buvo to paties mažo vieneto, kuris buvo vieno elektrono krūvis, kartotiniai.