Elektron

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) MeV/c2 9,109 383 7139(28)×10−31 kg
Elektrický náboj	–1 e –1,602 176 634×10−19 (přesně) C
Magnetický moment	–1,001 159 652 180 46(18) μB = –1838,281 971 877(32) μN
Spin	1⁄2
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 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 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
• 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:

• 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

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).

Související články

• Pozitron
• Neutrino
• Elektromagnetismus
• Leptonové číslo

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu elektron na Wikimedia Commons
• Slovníkové heslo elektron ve Wikislovníku

Autoritní data	NKC: ph137952 PSH: 3701 BNF: cb13319069f (data) GND: 4125978-6 LCCN: sh85042423 NDL: 00561425 NLI: 987007540957605171

Portály: Fyzika | Chemie