2017中国国际大数据产业博览会
| Elektron (e?) | |
|---|---|
 Orbitaly atom? vodíku, znázornění amplitudy pravděpodobnosti vyskytu elektronu. | |
| Obecné vlastnosti | |
| Klasifikace | Elementární ?ástice Fermiony Leptony |
| Generace | první |
| Anti?ástice | pozitron |
| Fyzikální vlastnosti | |
| Klidová hmotnost | 0,510 998 950 69(16)[1] MeV/c2 9,109 383 7139(28)×10?31[1] kg |
| Elektricky náboj | –1 e –1,602 176 634×10?19 (p?esně)[1] C |
| Magneticky moment | –1,001 159 652 180 46(18)[1] μB = –1838,281 971 877(32)[1] μN |
| Spin | 1?2 ? |
| St?. doba ?ivota | stabilní |
| Interakce | elektromagnetická síla, slabá interakce |
| Historie | |
| P?edpově? | R. Laming (1838–1851), G. J. Stoney (1874) a dal?í |
| Objev | J. J. Thomson (1897) |
Elektron je subatomární ?ástice se zápornym elektrickym nábojem. Elektrony tvo?í obal atomu kolem atomového jádra. Elektrony jsou nositeli náboje p?i vedení elektrického proudu v kovech, polovodi?ích (majoritní v typu N) a v elektrickych vybojích v plynech i ve vakuu (nap?. katodové zá?ení). Také ionizující zá?ení beta (β–) je tvo?eno elektrony.
Elektron jako?to elementární ?ástice pat?í mezi leptony, tj. mezi ?ástice, které nejsou schopny silné interakce, ale pouze elektromagnetické a slabé interakce. Proto?e má polovinovy spin, jedná se o fermion a ?ídí se Fermiho–Diracovou statistikou a platí pro něj Pauliho vylu?ovací princip.
Slovo elektron pochází z ?eckého slova ?jantar“ (?λεκτρον), ktery zavedl William Gilbert. Elektrické jevy poprvé popsal Thales Milétsky na vlastnostech jantarového nástroje, u?ívaného p?i p?edení lnu.
Základní vlastnosti elektron?
[editovat | editovat zdroj]- symbol: e– nebo pouze e;
- jedná se o elementární ?ástici, lepton; je ?azen do tzv. 1. generace lepton?
- klidová hmotnost: m0 = 9,109×10?31 kg;
- elektricky náboj: q = – e = – 1,602×10?19 C (záporny elementární náboj);
- elektricky dipólovy moment: |d| < 4,1×10?30 e m[2]
- magneticky dipólovy moment: μ = – 928,5×10?26 JT?1 (p?ibli?ně jeden záporny Bohr?v magneton)
- spin: s = ?, elektron je tedy fermion;
- st?ední doba ?ivota: τ > 4,6×1026 let (jedná se o stabilní ?ástici)
- anti?ástice: pozitron (pro sjednocení názv? byla snaha p?ejmenovat elektron na negatron)
- hypotetickym supersymetrickym partnerem elektronu je selektron.
Elektron v atomu
[editovat | editovat zdroj]Elektrony jsou (spole?ně s protony a neutrony tvo?ícími atomová jádra) základními stavebními ?ásticemi hmoty, nebo? tvo?í elektronovy obal atomu, ktery má rozhodující vliv na chemické vlastnosti atomu a jím tvo?ené látky, jako? i na charakteristické zá?ivé vlastnosti (vyza?ované i absorp?ní spektrum).
Kolem jádra - v elektronovém obalu - se v ka?dém atomu vyskytuje p?esny po?et elektron?, ktery je stejny jako po?et proton? v jád?e. Dojde-li k odtr?ení nebo p?idání elektronu, stává se z atomu iont.
Jako ostatní elementární ?ástice lze chování elektron? v atomovém obalu dob?e popisovat a vysvětlovat pouze v rámci kvantové teorie. Názorněj?ích zjednodu?ujících p?edstav o struktu?e elektron? v obalu je více. Podle popisu blízkého Schr?dingerově obrazu kvantové mechaniky (tzv. vlnové mechaniky) se elektrony vyskytují v r?znych orbitalech danych elektronovou konfigurací ka?dého elektronu. Jednotlivé orbitaly neur?ují p?esně polohu elektronu, ale pouze největ?í pravděpodobnost jeho vyskytu a dal?ího pohybu. V chemickych reakcích se té? pou?ívá p?edstava o uspo?ádání elektron? do slupek (opět podle elektronové konfigurace), z nich? se chemické vazby ú?astní pouze poslední slupka (valen?ní slupka).
P?echody elektron? mezi jednotlivymi energetickymi hladinami v elektronovém obalu jsou doprovázeny emisí nebo absorpcí foton? elektromagnetického zá?ení. K vysvětlení základních spektrálních charakteristik vodíku podobnych atom? posta?uje zjednodu?eny Bohr?v model atomu, k vysvětlení vlastností spekter atom? se slo?itěj?ím obalem a změny spekter v magnetickém poli je ji? pot?eba Schr?dingerova kvantově-mechanického popisu a zapo?tení vzájemné kvantové interakce spin? elektron?, jemná a hyperjemná struktura spektra ji? vy?adují relativisticky Dirac?v popis a zapo?tení kvantové interakce se spinem atomového jádra.
Elektronová konfigurace
[editovat | editovat zdroj]Stav elektronu v atomu je popsán elektronovou konfigurací, která je ur?ena několika kvantovymi ?ísly:[3]
- Hlavní kvantové ?íslo je ur?eno energií elektronu, n = 1, 2, …
- Vedlej?í kvantové ?íslo je ur?eno orbitálním momentem hybnosti elektronu, l = 0, 1, …, n-1
- Magnetické kvantové ?íslo je ur?eno orbitálním magnetickym momentem hybnosti elektronu, m = -l, …, -1, 0 ,1, …, l
- Spin je ur?en spinovym momentem hybnosti ms = +? nebo -?
Volny a vázany elektron
[editovat | editovat zdroj]
Historie
[editovat | editovat zdroj]Elektron jako ?ástice byl objeven J. J. Thomsonem v roce 1897. Do té doby se p?ená?ení elektrického náboje vysvětlovalo pomocí p?elévání elektrického fluida. J. J. Thomson prováděl pokus s katodovou trubicí, ve které ?ástice emitované ze ?havicího vlákna procházely elektrickym a magnetickym polem a byly těmito poli vychylovány. Thomson z vychylky ur?il, ?e ?ástice dopadající na stínítko mají hmotnost asi 1000krát men?í ne? atom vodíku. Z toho usoudil, ?e se jedná o ?ástice vyskytující se uvnit? atom?, a nazval je korpuskule.
Dal?í vyvoj názor? na elektron splyvá s objevy dal?ích subatomárních ?ástic a rozvojem kvantové teorie. Postupně se vyvíjely p?edstavy o stavbě atomu (model atomu) a tím té? o postavení a pohybu elektron? v atomu – od chaotického rozmístění ve zbylé kladné hmotě (pudinkovy model, 1897), p?es oběhy kolem jádra podobně jako planety kolem Slunce (planetární model, 1911), p?es jednoduché kruhové dráhy (Bohr?v model, 1913) a slo?ité stá?ející se eliptické dráhy (Sommerfeld?v model, 1915) a? po pravděpodobnostní vyskyty v orbitalech (Erwin Schr?dinger, Max Born, Paul Dirac, 1926).
Reference
[editovat | editovat zdroj]- ↑ 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, 2025-08-14 [cit. 2025-08-14]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ VáVRA, Václav; LOSOS, Zdeněk. U?ebnice mineralogie pro bakalá?ské studium. Kapitola 3.2.2.3. Stavba atomového obalu. is.muni.cz [online]. P?írodovědecká fakulta Masarykovy univerzity [cit. 2025-08-14]. Dostupné online.
