Elektron | subatomär partikel

Beskrivning

Elektroner har den minsta elektriska laddningen. Denna elektriska laddning är lika stor som protonens laddning, men har motsatt tecken. Därför dras elektronerna till protonerna i atomkärnorna. Denna attraktion gör att elektroner nära en atomkärna bildar en atom. En elektron har en massa som är ungefär 1/1836 gånger större än en proton.

Ett sätt att tänka på elektronernas placering i en atom är att föreställa sig att de kretsar på fasta avstånd från kärnan. På så sätt finns elektronerna i en atom i ett antal elektronskal som omger den centrala kärnan. Varje elektronskal ges ett nummer 1, 2, 3 och så vidare, med början från det som ligger närmast kärnan (det innersta skalet). Varje skal kan rymma upp till ett visst maximalt antal elektroner. Elektronernas fördelning i de olika skalen kallas elektronarrangemang (eller elektronisk form eller form). Elektronarrangemanget kan visas genom numrering eller genom ett elektrondiagram. (Ett annat sätt att tänka på elektronernas placering är att använda kvantmekanik för att beräkna deras atomorbitaler).

Elektronen är en av en typ av subatomära partiklar som kallas leptoner. Elektronen har en negativ elektrisk laddning. Elektronen har en annan egenskap som kallas spin. Dess spinnvärde är 1/2, vilket gör den till en fermion.

De flesta elektroner finns i atomer, men andra rör sig oberoende av varandra i materia eller tillsammans som katodstrålar i ett vakuum. I vissa supraledare rör sig elektronerna i par. När elektroner flödar kallas detta flöde för elektricitet eller elektrisk ström.

Ett föremål kan beskrivas som "negativt laddat" om det finns fler elektroner än protoner i ett föremål, eller "positivt laddat" om det finns fler protoner än elektroner. Elektroner kan förflytta sig från ett föremål till ett annat när man rör vid dem. De kan dras till ett annat föremål med motsatt laddning eller stötas bort när de båda har samma laddning. När ett föremål är "jordat" går elektroner från det laddade föremålet in i jorden, vilket gör föremålet neutralt. Detta är vad åskledare (åskledare) gör.

Kemiska reaktioner

Elektroner i sina skal runt en atom är grunden för kemiska reaktioner. Fullständiga yttre skal, med flest elektroner, är mindre reaktiva. Yttre skal med färre än maximalt antal elektroner är reaktiva. Antalet elektroner i atomer är den underliggande grunden för det kemiska periodiska systemet.

Mätning

Elektrisk laddning kan mätas direkt med en apparat som kallas elektrometer. Elektrisk ström kan mätas direkt med en galvanometer. Den mätning som avges av en galvanometer skiljer sig från den som avges av en elektrometer. I dag kan laboratorieinstrument innehålla och observera enskilda elektroner.

Att "se" en elektron

Under laboratorieförhållanden kan interaktionen mellan enskilda elektroner observeras med hjälp av partikeldetektorer som gör det möjligt att mäta specifika egenskaper som energi, spinn och laddning. I ett fall användes en Penning-fälla för att hålla en enskild elektron i 10 månader. Elektronens magnetiska moment mättes med en precision på elva siffror, vilket 1980 var en större noggrannhet än för någon annan fysikalisk konstant.

De första videobilderna av en elektrons energifördelning togs av ett team vid Lunds universitet i Sverige i februari 2008. Forskarna använde extremt korta ljusblixtar, så kallade attosekundpulser, vilket gjorde det möjligt att för första gången observera en elektrons rörelse. Elektronernas fördelning i fasta material kan också visualiseras.

Antipartiklar

Elektronens antipartikel kallas positron. Den är identisk med elektronen, men bär elektriska och andra laddningar med motsatt tecken. När en elektron kolliderar med en positron kan de spridas från varandra eller förintas helt och hållet, vilket ger upphov till ett par (eller flera) gammastrålsfoton.

 
Niels Bohrs modell av atomen. Tre elektronskal runt en kärna, där en elektron rör sig från den andra till den första nivån och avger en foton.  

Upptäcktshistoria

Effekterna av elektroner var kända långt innan de kunde förklaras. De gamla grekerna visste att om man gnider bärnsten mot päls så dras små föremål till sig. Nu vet vi att gnidningen avlägsnar elektroner, vilket ger bärnstenen en elektrisk laddning. Många fysiker arbetade med elektronen. J.J. Thomson bevisade 1897 att den existerade, men en annan man gav den namnet "elektron".

 

Elektronmolnsmodellen

Enligt modellen har elektronerna obestämda positioner i ett diffust moln runt atomkärnan.

Osäkerhetsprincipen innebär att man inte kan känna till en elektrons position och energinivå samtidigt. Dessa potentiella tillstånd bildar ett moln runt atomen. Elektronernas potentiella tillstånd i en enskild atom bildar ett enda enhetligt moln.

 

Relaterade sidor

• Positron
• Proton
• Neutron