Elektron je subatomska čestica s negativnim električnim nabojem koji je jednak, ali suprotan pozitivnom naboju protona. Ove dvije čestice, zajedno s neutronima, tvore atome, pri čemu se protoni i neutroni nalaze u jezgri, a elektroni u okolnim orbitalama, koje elektromagnetska sila drži na mjestu. Oni sudjeluju u kemijskom povezivanju, mogu teći kroz neke materijale kao električna struja i odgovorni su za čvrstoću čvrstih predmeta. Čestice imaju sićušnu masu, oko 1/1836 mase protona, i smatra se da su fundamentalne, odnosno da se ne sastoje od manjih komponenti.
Iako je često prikladno misliti o elektronima kao o sitnim, točkastim česticama, oni se, kao i druge subatomske čestice, ponekad mogu ponašati kao valovi. Ovo je poznato kao dualnost val-čestica. Budući da nitko zapravo ne može vidjeti elektron, čak i koristeći najmoćnije i najosjetljivije dostupne instrumente, moguće je samo konstruirati modele kako bi pokušali objasniti njihovo ponašanje. U nekim slučajevima najbolje funkcionira model “čestica”, au drugima model “valova”. Međutim, većinu vremena ti entiteti se nazivaju česticama.
Elektroni u svakodnevnom životu
Elektroni imaju temeljnu ulogu u svemu što ljudi svakodnevno doživljavaju. Njihovo međusobno električno odbijanje sprječava da čvrsti objekti prolaze jedan kroz drugi, unatoč činjenici da su atomi od kojih su objekti napravljeni uglavnom prazan prostor. Te su čestice također odgovorne za dopuštanje atomima da se spoje kako bi formirali molekule koje čine Zemlju i sam život. Moderna civilizacija i tehnologija uvelike se oslanjaju na električnu energiju, što uključuje kretanje elektrona.
Atomi, elementi i molekule
Svojstva kemijskih elemenata ovise o broju elektrona koje imaju i njihovom rasporedu unutar atoma. Ovi čimbenici određuju kako će se atomi elementa kombinirati s drugim atomima u molekule. Kada se atomi kombiniraju, oni to čine na način da postižu nižu razinu energije. Može se smatrati da su elektroni raspoređeni u koncentrične ljuske, svaka s maksimalnim brojem koji može sadržavati. Obično se najniže energetsko stanje postiže između dva atoma kada su oba u stanju ispuniti svoje najudaljenije ljuske.
Postoje dva glavna načina na koja se atomi mogu međusobno kombinirati ili formirati kemijsku vezu. U ionskom povezivanju, atom donira jedan ili više elektrona drugom atomu drugog elementa, normalno na takav način da oba postižu pune vanjske ljuske. Budući da atom normalno ima isti broj elektrona kao i protoni, on je električno neutralan, ali gubitak ili dobivanje neke će mu dati pozitivan ili negativan naboj, tvoreći ion. Metal će težiti donirati elektrone nemetalu kako bi nastao ionski spoj. Molekula se drži zajedno električnom privlačnošću između pozitivno nabijenog metala i negativno nabijenog nemetala.
U kovalentnoj vezi – koja se formira između nemetala – atomi se kombiniraju dijeleći elektrone kako bi postigli niže energetsko stanje, obično, opet, popunjavanjem svojih vanjskih omotača. Na primjer, atom ugljika, koji je četiri kratak od pune vanjske ljuske, može formirati kovalentne veze s četiri atoma vodika, od kojih je svaki kratak za jedan elektron, tvoreći molekulu metana (CH4). Na ovaj način svih pet atoma dijeli punu ljusku. Kovalentne veze drže zajedno složene organske molekule koje su neophodne za život.
elektricitet
Kretanje elektrona s jednog mjesta na drugo očituje se kao elektricitet. To može biti u obliku “statičkog” elektriciteta, gdje trenje uzrokuje da se te čestice pomiču s jednog materijala na drugi, ostavljajući oboje električno nabijene i sposobne ispoljavati privlačnost prema drugim objektima. To je prvi put dokumentirano u staroj Grčkoj, kada je učinak nastao trljanjem jantara krznom. Riječ elektron, zapravo, dolazi od grčke riječi za jantar.
Uređaj nazvan Van de Graffov generator koristi ovaj efekt za generiranje vrlo visokih napona koji mogu proizvesti velike iskre.
Najpoznatiji oblik električne energije, međutim, je električna struja koja se dovodi u domove i industriju kako bi osigurala svjetlost i toplinu te za napajanje raznih uređaja i procesa. Sastoji se od strujanja elektrona kroz odgovarajući materijal, poznat kao vodič. Najbolji vodiči su metali, jer se njihovi vanjski elektroni labavo drže i mogu se lako kretati. Kretanje vodiča unutar magnetskog polja može proizvesti protok elektrona unutar njega, učinak koji se koristi u velikoj proizvodnji električne energije.
Povijest
Ideja da bi električna energija mogla doći u malim, nedjeljivim jedinicama postojala je od ranog do sredine 19. stoljeća, ali je 1894. godine irski fizičar G. Johnstone Stoney prvi upotrijebio izraz elektron da opiše pretpostavljenu temeljnu jedinicu negativnog električnog naboja . Tri godine kasnije, britanski fizičar JJ Thompson identificirao ju je kao subatomsku česticu. Tek 1909. godine njegov naboj izmjerio je Robert Andrews Millikan, američki eksperimentalni fizičar, genijalnim eksperimentom dobro poznatim studentima fizike. On je suspendirao kapljice ulja različitih veličina u podesivom električnom polju i izračunao količine naboja potrebne da spriječi njihovo padanje gravitacijom. Pokazalo se da su sve vrijednosti višekratne iste male jedinice, što je bio naboj na jednom elektronu.