אלקטרון

אֵלֶקְטְרוֹן הוא חלקיק תת־אטומי יסודי, שמקיף את גרעין האטום שבו נמצאים פרוטונים ונייטרונים. מטענו החשמלי של האלקטרון שלילי, ושווה בגודלו למטען החיובי של הפרוטון. מסת המנוחה שלו קטנה מאוד: כ־9.11·10^-31 ק"ג, שה соответствует לערך של כ־0.511 MeV מבחינת אנרגיה.

האלקטרון הוא לֶפטון (חלק ממשפחת חלקיקים) מהדור הראשון. יש לו ספין 1/2; ספין הוא תכונה פנימית של חלקיקים שניתן לדמיין כ'סיבוב' פנימי. מאחר שהוא פרמיון (חלקיק שמספרו קוונטי חצי-שלם), הוא מציית לעקרון האיסור של פאולי, לא ייתכנו שני אלקטרונים באותו מצב קוונטי.

במכניקת הקוונטים האלקטרון מתואר במשוואת דיראק. במודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים הוא משתתף בכוחות החלשים יחד עם נייטרינו אלקטרוני. יש לו 'אחים' בעלי אותו מטען חשמלי: מיואון וטאו, אך הם כבדים הרבה יותר.

לאלקטרון גם תכונות של גל וגם של חלקיק. ניסויים עם סדקים (ניסוי שני הסדקים) מראים דפוס התאבכות, כמו של גל. באותו זמן, במדידות מסוימות הוא מתנהג כחלקיק בודד.

תנועה מסודרת של אלקטרונים חופשיים יוצרת זרם חשמלי. 'אלקטרונים חופשיים' הם אלקטרונים שקשרם לגרעין חלש ויכולים לנוע בתוך מוצק תחת מתח חשמלי. חשמל סטטי הוא מצב שבו מספר האלקטרונים שונה ממספר הפרוטונים בגוף.

בוהר הציע שמאורגנים עבור האלקטרון רמות אנרגיה קבועות, 'קליפות' סביב הגרעין. אלקטרון יכול לבלוע או לפלוט פוטון (חבילת אור) כדי לעבור בין רמות אלה. זה מסביר את קווי הספקטרום של אטומים.

בתחילת המחקר על האטום ג'יי. ג'יי. תומסון גילה את האלקטרון ב־1897 באמצעות שפופרת קרני קתודה. הוא הראה שקרניים אלו מורכבות מחלקיקים קטנים, קלים ובעלי מטען שלילי. לאחר מכן הוצעו מודלים אטומיים שונים: מודל 'עוגת הצימוקים' של תומסון, ניסויי רתרפורד שהובילו למודל פלנטרי ומאוחר יותר תיקונים של בוהר.

אלקטרונים אחראים על רוב הקשרים הכימיים. אורביטלים הם אזורים סביב האטום שבהם סביר למצוא אלקטרון. בכל אורביטל יכולים להיות עד שני אלקטרונים. קישור קוולנטי נוצר כאשר אטומים משתפים אלקטרונים חיצוניים.

האנטי־חלקיק של האלקטרון נקרא פוזיטרון. לו יש אותה מסה וספין, אך מטענו חיובי. כאשר אלקטרון ופוזיטרון נפגשים, הם מאיינים זה את זה ומשחררים שני פוטונים בכיוונים מנוגדים. בכל אחד מהפוטונים יש אנרגיה השווה לערך של מסתם המנוחה של האלקטרון, כלומר כ־0.511 MeV. תהליך זה נצפה בניסויים ובמאיצי חלקיקים.

מסת המנוחה של האלקטרון נמדדת בניסויים כמו מלכודת פנינג. ערכה הוא כ־9.11·10^-31 ק"ג. ערך זה משמש כקבוע יסודי בפיזיקה וכימיה.

אלקטרון הוא חלקיק קטן מאוד בתוך האטום. האטום דומה לכדור קטן עם גרעין במרכז. האלקטרונים מקיפים את הגרעין.

האלקטרון נושא מטען שלילי. מטען הוא תכונה שגורמת לחשמל. יש גם חלקיקים עם מטען חיובי.

האדם שתיאר לראשונה את האלקטרון היה ג'יי. ג'יי. תומסון ב־1897. לפני כן חשבו שאטומים אינם ניתנים לחלוקה.

כשהאלקטרונים נעים ביחד הם יוצרים זרם חשמלי. זרם זה מאפשר אור בבית ובטלפון.

אלקטרון יכול להיות בקפיצה מרמה אחת לאחרת. כשזה קורה, הוא יכול לפלוט או לקלוט אור.

אלקטרונים עוזרים לאטומים להידבק זה לזה. כך נוצרות מולקולות, והן בונות חומרים שונים.

יש גם אנטי־חלקיק שנקרא פוזיטרון. כשהוא נפגש עם אלקטרון, שניהם נעלמים ומשחררים קרני גמא, שהיא אור מאוד חזק.

מסת האלקטרון מאוד קטנה: כ־9.11·10^-31 ק"ג. זהו מספר חשוב במדע.