Elektron

Další významy jsou uvedeny na stránce Elektron (rozcestník).

Elektron je subatomární částice se záporným elektrickým nábojem. Elektrony tvoří obal atomu kolem atomového jádra. Elektrony jsou nositeli náboje při vedení elektrického proudu v kovech, polovodičích (majoritní v typu N) a v elektrických výbojích v plynech i ve vakuu (např. katodové záření). Také ionizující záření beta (β^–) je tvořeno elektrony.

Elektron (e−)
Orbitaly atomů vodíku, znázornění amplitudy pravděpodobnosti výskytu elektronu.
Obecné vlastnosti
Klasifikace	Elementární částice Fermiony Leptony
Generace	první
Antičástice	pozitron
Fyzikální vlastnosti
Klidová hmotnost	0,510 998 950 69(16)[1] MeV/c2 9,109 383 7139(28)×10−31[1] kg
Elektrický náboj	–1 e –1,602 176 634×10−19 (přesně)[1] C
Magnetický moment	–1,001 159 652 180 46(18)[1] μB = –1838,281 971 877(32)[1] μN
Spin	1⁄2 ħ
Stř. doba života	stabilní
Interakce	elektromagnetická síla, slabá interakce
Historie
Předpověď	R. Laming (1838–1851), G. J. Stoney (1874) a další
Objev	J. J. Thomson (1897)

Elektron jakožto elementární částice patří mezi leptony, tj. mezi částice, které nejsou schopny silné interakce, ale pouze elektromagnetické a slabé interakce. Protože má polovinový spin, jedná se o fermion a řídí se Fermiho–Diracovou statistikou a platí pro něj Pauliho vylučovací princip.

Slovo elektron pochází z řeckého slova „jantar“ (ήλεκτρον), který zavedl William Gilbert. Elektrické jevy poprvé popsal Thales Milétský na vlastnostech jantarového nástroje, užívaného při předení lnu.

Základní vlastnosti elektronů

• symbol: e^– nebo pouze e;
• jedná se o elementární částici, lepton; je řazen do tzv. 1. generace leptonů
• klidová hmotnost: m₀ = 9,109×10⁻³¹ kg;
• elektrický náboj: q = – e = – 1,602×10⁻¹⁹ C (záporný elementární náboj);
• elektrický dipólový moment: |d| < 4,1×10⁻³⁰ e m^[2]
• magnetický dipólový moment: μ = – 928,5×10⁻²⁶ JT⁻¹ (přibližně jeden záporný Bohrův magneton)
• spin: s = ½, elektron je tedy fermion;
• střední doba života: τ > 4,6×10²⁶ let (jedná se o stabilní částici)
• antičástice: pozitron (pro sjednocení názvů byla snaha přejmenovat elektron na negatron)
• hypotetickým supersymetrickým partnerem elektronu je selektron.

Elektron v atomu

Elektrony jsou (společně s protony a neutrony tvořícími atomová jádra) základními stavebními částicemi hmoty, neboť tvoří elektronový obal atomu, který má rozhodující vliv na chemické vlastnosti atomu a jím tvořené látky, jakož i na charakteristické zářivé vlastnosti (vyzařované i absorpční spektrum).

Kolem jádra - v elektronovém obalu - se v každém atomu vyskytuje přesný počet elektronů, který je stejný jako počet protonů v jádře. Dojde-li k odtržení nebo přidání elektronu, stává se z atomu iont.

Jako ostatní elementární částice lze chování elektronů v atomovém obalu dobře popisovat a vysvětlovat pouze v rámci kvantové teorie. Názornějších zjednodušujících představ o struktuře elektronů v obalu je více. Podle popisu blízkého Schrödingerově obrazu kvantové mechaniky (tzv. vlnové mechaniky) se elektrony vyskytují v různých orbitalech daných elektronovou konfigurací každého elektronu. Jednotlivé orbitaly neurčují přesně polohu elektronu, ale pouze největší pravděpodobnost jeho výskytu a dalšího pohybu. V chemických reakcích se též používá představa o uspořádání elektronů do slupek (opět podle elektronové konfigurace), z nichž se chemické vazby účastní pouze poslední slupka (valenční slupka).

Přechody elektronů mezi jednotlivými energetickými hladinami v elektronovém obalu jsou doprovázeny emisí nebo absorpcí fotonů elektromagnetického záření. K vysvětlení základních spektrálních charakteristik vodíku podobných atomů postačuje zjednodušený Bohrův model atomu, k vysvětlení vlastností spekter atomů se složitějším obalem a změny spekter v magnetickém poli je již potřeba Schrödingerova kvantově-mechanického popisu a započtení vzájemné kvantové interakce spinů elektronů, jemná a hyperjemná struktura spektra již vyžadují relativistický Diracův popis a započtení kvantové interakce se spinem atomového jádra.

Elektronová konfigurace

Stav elektronu v atomu je popsán elektronovou konfigurací, která je určena několika kvantovými čísly:^[3]

• Hlavní kvantové číslo je určeno energií elektronu, n = 1, 2, …
• Vedlejší kvantové číslo je určeno orbitálním momentem hybnosti elektronu, l = 0, 1, …, n-1
• Magnetické kvantové číslo je určeno orbitálním magnetickým momentem hybnosti elektronu, m = -l, …, -1, 0 ,1, …, l
• Spin je určen spinovým momentem hybnosti m_s = +½ nebo -½

Volný a vázaný elektron

Historie

Elektron jako částice byl objeven J. J. Thomsonem v roce 1897. Do té doby se přenášení elektrického náboje vysvětlovalo pomocí přelévání elektrického fluida. J. J. Thomson prováděl pokus s katodovou trubicí, ve které částice emitované ze žhavicího vlákna procházely elektrickým a magnetickým polem a byly těmito poli vychylovány. Thomson z výchylky určil, že částice dopadající na stínítko mají hmotnost asi 1000krát menší než atom vodíku. Z toho usoudil, že se jedná o částice vyskytující se uvnitř atomů, a nazval je korpuskule.

Další vývoj názorů na elektron splývá s objevy dalších subatomárních částic a rozvojem kvantové teorie. Postupně se vyvíjely představy o stavbě atomu (model atomu) a tím též o postavení a pohybu elektronů v atomu – od chaotického rozmístění ve zbylé kladné hmotě (pudinkový model, 1897), přes oběhy kolem jádra podobně jako planety kolem Slunce (planetární model, 1911), přes jednoduché kruhové dráhy (Bohrův model, 1913) a složité stáčející se eliptické dráhy (Sommerfeldův model, 1915) až po pravděpodobnostní výskyty v orbitalech (Erwin Schrödinger, Max Born, Paul Dirac, 1926).