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)[1] MeV/c2 9,109 383 7139(28)×10−31[1] kg |
| Elektrický náboj | –1 e –1,602 176 634×10−19 (přesně)[1] C |
| Magnetický moment | –1,001 159 652 180 46(18)[1] μB = –1838,281 971 877(32)[1] 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[2]
- 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)
- 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:[3]
- 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 ms = +½ nebo -½
Volný a vázaný elektron
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).
Reference
- ↑ a b c d e Fundamental Physical Constants; 2022 CODATA recommended values. NIST, květen 2024. Dostupné online, PDF (anglicky)
- ↑ POPA, Stefan. Physicists measure the electron electric dipole moment to unprecedented precision. PhysicsWorld [online]. IOP Publishing, 2023-08-22 [cit. 2023-09-13]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ VÁVRA, Václav; LOSOS, Zdeněk. Učebnice mineralogie pro bakalářské studium. Kapitola 3.2.2.3. Stavba atomového obalu. is.muni.cz [online]. Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity [cit. 2023-07-21]. Dostupné online.
Související články
Externí odkazy
Obrázky, zvuky či videa k tématu elektron na Wikimedia Commons 
Slovníkové heslo elektron ve Wikislovníku
Média použitá na této stránce
Autor: Neznámý, Licence: CC BY-SA 3.0
First few hydrogen atom orbitals; cross section showing color-coded probability density for different n=1,2,3 and l="s","p","d"; note: m=0
The picture shows the first few hydrogen atom orbitals (energy eigenfunctions). These are cross-sections of the probability density that are color-coded (black=zero density, white=highest density). The angular momentum quantum number l is denoted in each column, using the usual spectroscopic letter code ("s" means l=0; "p": l=1; "d": l=2). The main quantum number n (=1,2,3,...) is marked to the right of each row. For all pictures the magnetic quantum number m has been set to 0, and the cross-sectional plane is the x-z plane (z is the vertical axis). The probability density in three-dimensional space is obtained by rotating the one shown here around the z-axis.
Note the striking similarity of this picture to the diagrams of the normal modes of displacement of a soap film membrane oscillating on a disk bound by a wire frame. See, e.g., Vibrations and Waves, A.P. French, M.I.T. Introductory Physics Series, 1971, ISBN 0393099369, page 186, Fig. 6-13. See also Normal vibration modes of a circular membrane.