Elektrono
La elektrono[1] aŭ negatono[2] estas fundamenta subatoma partiklo, kiu portas negativan elektran ŝargon. Ĝi estas leptono, kiu partoprenas en elektromagnetaj interagoj, kaj ĝia maso estas malpli ol unu milono el la maso de la plej eta atomo. Ĝia elektra ŝargo difiniĝas konvencie esti negativa, kun valoro de −1 en atomaj unitoj. Kune kun atomaj nukleoj, elektronoj konsistigas atomojn; iliaj interagoj kun apudaj nukleoj estas la ĉefa kaŭzo de kemia ligado.
Historio
redaktiLa elektrono kiel unito de ŝargo en elektrokemio estis postulatita de George Johnstone Stoney (Georgo Ĝonston Stonij) je 1874. Li ankaŭ kreis la terminon elektrono en 1894. Dum la malfrua 1890-aj jaroj, pluraj fizikistoj supozis, ke elektro povas konceptiĝi kiel farita el diskretaj unuoj, kiuj nomiĝas kelkaj aferoj, sed ilia realeco ne konfirmiĝas definitive.
La malkovro, ke la elektrono estas subatoma partiklo estis farita je 1897 de Joseph John Thomson (Jozefo Johano Tomson) en la Laboratorio Cavendish (Kavendiŝa Laboratorio) ĉe la Universitato de Kembriĝo, dum li studis katodradiaj tuboj. Katodradia tubo estas hermetika vitra cilindro, en kiu du elektrodoj apartiĝas per vakuo. Kiam elektra tensio aplikiĝas trans la elektrodoj, katodaj radioj generiĝas, iganta la tubon lumeti. Tra eksperimentado, Thomson malkovris, ke:
- La negativa ŝargo ne povas apartiĝi disde la radioj (per la aplikado de magnetismo), kaj
- La radioj estas deviigeblaj per elektra kampo
Li konkludis, ke tiuj radioj, anstataŭ esti ondoj, konsistas el negative ŝargitaj partikloj, kiujn li nomis "korpuskloj." Li mezuris ilian kvocienton de maso per ŝargo kaj konstatis, ke ĝi estis pli ol miloble pli malgranda ol tiu de hidrogenatomo, sugestanta, ke ili estas aŭ tre alte ŝargitaj aŭ tre etaj mase. Pli malfruaj eksperimentoj de aliaj sciencistoj subtenis ĉi lastan konkludon. Ankaŭ, ilia rilatumo de maso per ŝargo estas sendependa de la elekto de katoda materialo. Pro tio, Thomson konkludis, ke ili estas universalaj ĉe ĉiaj materialoj.
La ŝargo de la elektrono zorge mezuriĝis de Robert Millikan (Roberto Milikan) en lia ole-guta eksperimento je 1909.
La "perioda leĝo" asertas, ke la kemiaj ecoj de elementoj plejparte ripetas sin periode kaj estas la fundamento de la perioda tabelo de la elementoj. La leĝo mem unue eksplikiĝis per la atommasoj de la elementoj. Tamen, ĉar estis anomalioj en la perioda tabelo, penadoj fariĝis por trovi pli bonan eksplikon por tiu fenomeno. Je 1913, Henry Moseley (Henriko Mozlij) enkondukis la koncepton de la atomnumero kaj eksplikis la periodan leĝon rilate al la nombro de protonoj, kiun ĉiu elemento havas. Dum la sama jaro, Niels Bohr montris, ke elektronoj estas la efektiva fundamento de la tabelo. Je 1916, Gilbert Newton Lewis klarigis la kemian ligadon de elementoj per elektronaj interagoj.
Kategorio
redaktiLa elektrono estas en la klaso de subatomaj partikloj nomitaj leptonoj, kiujn oni kredas esti fundamentaj partikloj (t.e., ili ne povas diseriĝi en pli etajn konsistigajn partojn).
Kiel ĉiuj partikloj, ankaŭ elektronoj povas agi kiel ondoj. Tiu nomiĝas la onda-partikla dualeco aŭ komplementeco (Bohr estigis ĉi lastan terminon) kaj povas montriĝi per la duobla-fendeta eksperimento.
La kontraŭpartiklo (aŭ antipartiklo) de la elektrono estas la pozitrono, kiu havas la saman mason sed pozitivan anstataŭ negativan ŝargon. La malkovrinto de la pozitrono, Carl David Anderson (Karlo Davido Anderson), proponis nomadon de normalaj elektronoj negatronoj kaj uzadon de elektrono kiel ĝenerala termino por priskribi ambaŭ la pozitive kaj negative ŝargitajn variantojn. Tiu uzado neniam modiĝis kaj estas malofte, se iam, renkontita hodiaŭ.[3], plie estis ankaŭ mallongtempa uzo de la terminoj "negatono" pri la elektrono kaj "pozitono" pri la antipartiklo, t.e. la pozitrono.
Ecoj kaj konduto
redaktiTeorie
redaktiElektronoj havas elektran ŝargon −1,6022 × 10−19 kulomboj, mason 9,11 × 10−31 kilogramoj (bazita sur ŝargaj/masaj mezuroj), kaj relativecan ripozan mason ĉirkaŭ 0,511 MeV/c2. La maso de la elektrono estas proksimume 1/1836 el la maso de la protono. La ofta simbolo por la elektrono estas e−.
Laŭ kvantuma mekaniko, elektronoj povas reprezentiĝi per ondofunkcioj, pro kiuj kalkulita probableca elektron-denseco povas determiniĝi. La orbito de ĉiu elektrono en atomo povas priskribiĝi per ondofunkcio. Bazita sur la malcerteca principo de Werner Heisenberg, la ekzakta movokvanto kaj pozicio de la efektiva elektrono ne samtempe povas determiniĝi. Tiu estas limigo, kiu simple asertas, ke ju pli precize oni scias pozicion de partiklo, des malpli precize oni povas scii ĝian movokvanton, kaj inverse.
La elektrono havas spinon ½ kaj estas fermiono. Krom ĝia esenca akraflanka movokvanto, elektrono havas esencan magnetan momanton laŭlonge de ĝia spina akso.
Elektronoj en atomo ligiĝas al tiu atomo; elektronoj, kiuj moviĝas libere tra vakuo, spaco, aŭ iuj periloj estas liberaj elektronoj, kiuj povas enfokusiĝi al elektrona fasko. Kiam liberaj elektronoj moviĝas, estas neta fluo de ŝargo. Tiu fluo nomiĝas elektra kurento. La rapido, ĉe kiu kurento fluas en drato estas tipe 75% el lumrapido.
En iuj superkonduktantoj, paroj de elektronoj moviĝas kiel Cooper-aj paroj, en kiuj ilia moviĝo pariĝas al apuda materio per kradaj vibradoj nomataj fononoj. La distanco inter la du elektronoj en Cooper-a paro estas proksimume 100 nm.
Korpo havas elektran ŝargon kiam tiu korpo havas pli aŭ malpli da elektronoj ol tiom, kiom estas bezonata por ekvilibrigi la pozitivan ŝargon de la nukleoj. Kiam objekto havas troaĵon de elektronoj, oni diras, ke la objekto estas negative ŝargita. Kiam objekto havas malpli da elektronoj ol protonoj, oni diras, ke la objekto estas pozitive ŝargita. Kiam la nombro de elektronoj kaj la nombro de protonoj estas egalaj, iliaj ŝargoj nuligas sin reciproke, kaj oni diras, ke la objekto estas elektre neŭtra. Makroskopa korpo povas pliigi elektran ŝargon per frotado. Tiu estas la fenomeno frotelektro aŭ triboelektro.
La pozitrono havas la saman mason kaj spinon kiel la elektrono. Kiam elektrono kaj pozitrono renkontiĝas, ili eble neniigas sin reciproke, kreante du gamaradiajn fotonojn. Se la elektrono kaj pozitrono havus nekonsiderindan movokvanton, ĉiu gamaradio havus energion 0,511 MeV.
Elektronoj estas ĉefa elemento en elektromagnetismo, teorio, kiu estas preciza por makroskalaj sistemoj kaj klasika modelado de mikroskopaj sistemoj.
Praktike
redaktiEn la universo
redaktiSciencistoj kredas, ke la nombro de ekzistantaj elektronoj en la konata universo estas almenaŭ 1079. Tiu nombro implicas averaĝan densecon ĉirkaŭ unu elektrono en kubmetro de spaco. Astronomoj determinis, ke 90% el ĉiom de la detektebla maso en la universo estas hidrogeno, kiu konsistas el unu elektrono kaj unu protono.
Bazita sur la klasika elektra radiuso kaj premisanta densan sfero-pakadon, oni povas kalkuli, ke la nombro de elektronoj, kiu povus sidi en la videbla universo estus ĉirkaŭ 10130.
En industrio kaj la laboratorio
redaktiElektronaj faskoj uziĝas por veldado, litografio, kaj elektronaj mikroskopoj. Elektronaj mikroskopoj uziĝas por pligrandigi detalojn ĝis 500.000-oble, kaj iuj elektronaj mikroskopoj povas uziĝi por studi atomajn aspektojn. Elektronaj faskoj ankaŭ estas esenca parto de katodradiaj tuboj, kiuj uziĝas vaste kiel montriloj en laboratoriaj iloj, komputilaj ekranoj, kaj televidiloj.
Vidu ankaŭ
redakti- Elektrona mikroskopo
- Joniga energio
- Pozitronio (la atomsimila kombino de elektrono kaj pozitrono)
