Un electron este o particulă subatomică cu o sarcină electrică negativă care este egală, dar opusă sarcinii pozitive a unui proton. Aceste două particule, împreună cu neutronii, formează atomi, protonii și neutronii rezidenți în nucleu, iar electronii în orbitalii din jur, ținuți în loc de forța electromagnetică. Sunt implicați în legăturile chimice, pot curge prin unele materiale sub formă de curent electric și sunt responsabili pentru soliditatea obiectelor solide. Particulele au o masă mică, aproximativ 1/1836 din masa unui proton și se consideră că sunt fundamentale, adică nu sunt formate din componente mai mici.
Deși este adesea convenabil să ne gândim la electroni ca niște particule minuscule, punctiforme, ei se pot comporta, uneori, ca și alte particule subatomice, ca unde. Aceasta este cunoscută sub numele de dualitate undă-particulă. Deoarece nimeni nu poate vedea de fapt un electron, chiar și folosind cele mai puternice și sensibile instrumente disponibile, este posibil doar construirea de modele pentru a încerca să le explice comportamentul. În unele cazuri, un model „particulă” funcționează cel mai bine, iar în altele, un model „undă”. De cele mai multe ori, totuși, aceste entități sunt denumite particule.
Electronii în viața de zi cu zi
Electronii joacă un rol fundamental în tot ceea ce oamenii experimentează de zi cu zi. Repulsia lor electrică reciprocă împiedică obiectele solide să treacă unele prin altele, în ciuda faptului că atomii din care sunt formate obiectele sunt în mare parte spațiu gol. Aceste particule sunt, de asemenea, responsabile pentru a permite atomilor să se unească pentru a forma moleculele care alcătuiesc Pământul și viața însăși. Civilizația și tehnologia modernă depind în mare măsură de electricitate, care implică mișcarea electronilor.
Atomi, elemente și molecule
Proprietățile elementelor chimice depind de numărul de electroni pe care îi au și de dispunerea lor în atom. Acești factori determină modul în care atomii unui element se vor combina cu alți atomi pentru a forma molecule. Atunci când atomii se combină, o fac în așa fel încât să atingă un nivel mai scăzut de energie. Electronii pot fi considerați aranjați în învelișuri concentrice, fiecare având un număr maxim pe care îl poate conține. De obicei, cea mai scăzută stare de energie este atinsă între doi atomi atunci când ambii sunt capabili să-și umple învelișurile cele mai exterioare.
Există două moduri principale prin care atomii se pot combina sau forma o legătură chimică unul cu celălalt. În legătura ionică, un atom donează unul sau mai mulți electroni unui alt atom dintr-un element diferit, în mod normal, în așa fel încât ambii să obțină învelișuri exterioare complete. Deoarece un atom are în mod normal același număr de electroni ca și protoni, este neutru din punct de vedere electric, dar pierderea sau câștigarea unora îi va da o sarcină pozitivă sau negativă, formând un ion. Un metal va tinde să doneze electroni unui nemetal pentru a forma un compus ionic. Molecula este ținută împreună prin atracția electrică dintre metalul încărcat pozitiv și nemetalul încărcat negativ.
Într-o legătură covalentă – care se formează între nemetale – atomii se combină prin împărțirea electronilor pentru a obține o stare de energie mai scăzută, de obicei, din nou, prin umplerea învelișurilor lor exterioare. De exemplu, un atom de carbon, care este cu patru mai puțin de un înveliș exterior complet, poate forma legături covalente cu patru atomi de hidrogen, fiecare electron scurt, formând o moleculă de metan (CH4). În acest fel, toți cei cinci atomi împart o înveliș complet. Legăturile covalente țin împreună moleculele organice complexe care sunt esențiale pentru viață.
Electricitate
Mișcarea electronilor dintr-un loc în altul se manifestă ca electricitate. Aceasta poate lua forma electricității „statice”, în care frecarea face ca aceste particule să se deplaseze de la un material la altul, lăsând-o pe ambele încărcate electric și capabile să exercite o atracție față de alte obiecte. Acest lucru a fost documentat pentru prima dată în Grecia antică, când efectul a fost produs prin frecarea chihlimbarului cu blana. Cuvântul electron, de fapt, provine din cuvântul grecesc pentru chihlimbar.
Un dispozitiv numit generator Van de Graff folosește acest efect pentru a genera tensiuni foarte mari care pot produce scântei mari.
Cu toate acestea, cea mai cunoscută formă de electricitate este curentul electric care este furnizat caselor și industriei pentru a furniza lumină și căldură și pentru a alimenta diferite dispozitive și procese. Constă dintr-un flux de electroni printr-un material adecvat, cunoscut sub numele de conductor. Cei mai buni conductori sunt metalele, deoarece electronii lor exteriori sunt ținuți lejer și se pot mișca cu ușurință. Mișcarea unui conductor într-un câmp magnetic poate produce un flux de electroni în interiorul acestuia, efect care este utilizat în generarea la scară largă de electricitate.
Istorie
Ideea că electricitatea ar putea veni în unități mici, indivizibile, exista de la începutul secolului al XIX-lea, dar în 19 fizicianul irlandez G. Johnstone Stoney a folosit pentru prima dată termenul de electron pentru a descrie unitatea fundamentală postulată a sarcinii electrice negative. . Trei ani mai târziu, fizicianul britanic JJ Thompson a identificat-o ca fiind o particulă subatomică. Abia în 1894, sarcina sa a fost măsurată de Robert Andrews Millikan, un fizician experimental american, printr-un experiment ingenios bine cunoscut studenților la fizică. El a suspendat picături de ulei de diferite dimensiuni într-un câmp electric reglabil și a calculat cantitățile de sarcină necesare pentru a preveni căderea lor gravitațională. S-a dovedit că valorile erau toate multiplii aceleiași unități minuscule, care era sarcina unui singur electron.