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电子是构成原子的粒子之一,质量极小,带单位负电荷,不同的原子拥有的电子数目不同,例如,每一个碳原子中含有6个电子LPL下注官网,每一个氧原子中含有8个电子。能量高的离核较远LPL下注官网,能量低的离核较近LPL下注官网。通常将电子在离核远近不同的区域内运动称为电子的分层排布。

电子(Electron)是一种带有单位负电荷的亚原子粒子之一LPL下注官网,通常标记为e?LPL下注官网。电子属于轻子类,以重力LPL下注官网、电磁力和弱核力与其它粒子相互作用。电子与正电子会因碰撞而湮灭,在这过程中,创生一对以上的光子。电子带负电,围绕原子核旋转LPL下注官网,同一方向光速运动的电子相互作用力为零。

最新实验观测到电子由轨道子,自旋子,空穴子组成。电子带有1/2自旋,是一种费米子。因此,根据泡利不相容原理,任何两个电子都不能处于同样的状态。电子的反粒子是正电子,其质量、自旋、带电量大小都与电子相同,但是带电正负性与电子相反;电子与正电子会因碰撞而互相湮灭,在这过程中LPL下注官网,创生一对以上的光子(光子的质量比电子小得多,电子的质量:9.10938215(45)×10?31千克。

简介

电子(electron)是带负电的亚原子粒子。它可以是自由的(不属于任何原子),也可以被原子核束缚。原子中的电子在各种各样的半径和描述能量级别的球形壳里存在LPL下注官网。球形壳越大,包含在电子里的能量越高。

在电导体中,电流由电子在原子间的独立运动产生,并通常从电子的极阴极到阳极。在半导体材料中LPL下注官网,电流也是由运动的电子产生的LPL下注官网。但有时候,将电流想象成从原子到原子的缺电子运动更具有说明性。半导体里的缺电子的原子被称为空穴(hole)。通常,空穴从电极的正极"移动"到负极。

研究历史

电子是在1897年由剑桥大学卡文迪许实验室的约瑟夫·约翰·汤姆森在研究阴极射线时发现的LPL下注官网。约瑟夫·约翰·汤姆森提出了葡萄干模型(枣糕模型)。[2] 

1897年,英国剑桥大学卡文迪许实验室的约瑟夫·约翰·汤姆森重做了赫兹的实验。使用真空度更高的真空管和更强的电场,他观察出负极射线的偏转,并计算出负级射线粒子(电子)的质量-电荷比例,因此获得了1906年的诺贝尔物理学奖LPL下注官网。汤姆逊采用1891年乔治·斯托尼所起的名字——电子来称呼这种粒子。至此LPL下注官网,电子作为人类发现的第一个亚原子粒子和打开原子世界的大门被汤姆逊发现了。

电子并非基本粒子,100多年前,当美国物理学家Robert Millikan首次通过实验测出电子所带的电荷为1.602×10?1?C后,这一电荷值便被广泛看作为电荷基本单元。然而如果按照经典理论,将电子看作“整体”或者“基本”粒子LPL下注官网,将使我们对电子在某些物理情境下的行为感到极端困惑,比如当电子被置入强磁场后出现的非整量子霍尔效应LPL下注官网。

英国剑桥大学研究人员和伯明翰大学的同行合作完成了一项研究。公报称,电子通常被认为不可分。剑桥大学研究人员将极细的“量子金属丝”置于一块金属平板上方,控制其间距离为约30个原子宽度,并将它们置于近乎绝对零度的超低温环境下,然后改变外加磁场,发现金属板上的电子在通过量子隧穿效应跳跃到金属丝上时分裂成了自旋子和穴子。

为了解决这一难题,1980年,美国物理学家Robert Laughlin提出一个新的理论解决这一迷团,该理论同时也十分简洁地诠释了电子之间复杂的相互作用。然而接受这一理论确是要让物理学界付出“代价”的:由该理论衍生出的奇异推论展示,电流实际上是由1/3电子电荷组成的LPL下注官网。

但1981年有物理学家提出,在某些特殊条件下电子可分裂为带磁的自旋子和带电的空穴子LPL下注官网。

分类

电子属于亚原子粒子中的轻子类。轻子被认为是构成物质的基本粒子之一。它带有1/2自旋,即又是一种费米子(按照费米—狄拉克统计)LPL下注官网。电子所带电荷为e=1.6×10?1?C(库仑),质量为9.11×10?31kg(0.51MeV/c2),能量为5.11×10?eV,通常被表示为e?。电子的反粒子是正电子LPL下注官网,它带有与电子相同的质量LPL下注官网,能量,自旋和等量的正电荷(正电子的电荷为+1,负电子的电荷为-1)LPL下注官网。

物质的基本构成单位——原子是由电子、中子和质子三者共同组成。中子不带电,质子带正电,原子对外不显电性LPL下注官网。相对于中子和质子组成的原子核LPL下注官网,电子的质量极小LPL下注官网。质子的质量大约是电子的1840倍。

当电子脱离原子核束缚在其它原子中自由移动时LPL下注官网,其产生的净流动现象称为电流。

各种原子束缚电子能力不一样LPL下注官网,于是就由于失去电子而变成正离子,得到电子而变成负离子。

静电是指当物体带有的电子多于或少于原子核的电量LPL下注官网,导致正负电量不平衡的情况。当电子过剩时,称为物体带负电LPL下注官网;而电子不足时LPL下注官网,称为物体带正电LPL下注官网。当正负电量平衡时,则称物体是电中性的。静电在我们日常生活中有很多应用方法,其中例子有激光打印机。

电子是在1897年由剑桥大学的卡文迪许实验室的约瑟夫·汤姆逊(一般简称汤姆逊)在研究阴极射线时发现的LPL下注官网。

一种对在原子核附近以不同概率分布的密云的基本假设。作用范围阶段只能在核外考虑(所有假设粒子都只能在核外摸索摸索)它被归于叫做轻子的低质量物质粒子族,被设成具有负值的单位电荷。[3] 

单位负电荷产生单向作用电场力

与电磁学中所定义的带负电的点电荷的矢量电场作用不同,电子只产生单向作用的单位负电场作用。电子的单位负电场一旦与质子的单位正电荷所产生的单位正电场相互作用LPL下注官网,则将成为严格电中性的原子结构组合LPL下注官网。[4]  在原子结构的层面上,无论是电子所产生的单位负电场力,还是质子所产生的单位正电场力,都不是矢量的电场力,而是相互严格锁定的单向作用力LPL下注官网。矢量场作用与单向场作用的区别在于:前者不能使质子与电子的组合形成严格电中性的原子结构(在原子之外的测试点处LPL下注官网,由于测试点距离电子和质子的距离不同,正电场力与负电场力矢量叠加的结果不严格为零)LPL下注官网;后者组成严格电中性的原子结构(被所有相关实验所证实)。

电子的单向作用场性质在经典物理的范围内失效,因为经典物理的点电荷概念包含了成千上万的电子(负电)或质子(正电)LPL下注官网。在经典物理中点电荷的电场是大量电子或离子的总体效应,是满足矢量叠加的矢量场。

性质特征

电子块头小重量轻(比μ介子还轻205倍),被归在亚原子粒子中的轻子类。轻子是物质被划分的作为基本粒子的一类。电子带有二分之一自旋LPL下注官网,满足费米子的条件(按照费米-狄拉克统计)。电子所带电荷约为-1.6×10?1?库仑,质量为9.10×10?31kg(0.51MeV/c2)。通常被表示为e?LPL下注官网。与电子电性相反的粒子被称为正电子,它带有与电子相同的质量,自旋和等量的正电荷。电子在原子内做绕核运动LPL下注官网,能量越大距核运动的轨迹越远,有电子运动的空间叫电子层,第一层最多可有2个电子。第二层最多可以有8个,第n层最多可容纳2n2个电子,最外层最多容纳8个电子。最后一层的电子数量决定物质的化学性质是否活泼,1、2、3电子为金属元素,4、5、6、7为非金属元素,8为稀有气体元素LPL下注官网。

物质的电子可以失去也可以得到LPL下注官网,物质具有得电子的性质叫做氧化性,该物质为氧化剂LPL下注官网;物质具有失电子的性质叫做还原性LPL下注官网,该物质为还原剂。物质氧化性或还原性的强弱由得失电子难易决定,与得失电子多少无关。

由电子与中子、质子所组成的原子,是物质的基本单位。相对于中子和质子所组成的原子核,电子的质量显得极小。质子的质量大约是电子质量的1842倍。当原子的电子数与质子数不等时LPL下注官网,原子会带电,称这原子为离子LPL下注官网。当原子得到额外的电子时LPL下注官网,它带有负电,叫阴离子LPL下注官网,失去电子时LPL下注官网,它带有正电,叫阳离子。若物体带有的电子多于或少于原子核的电量,导致正负电量不平衡时,称该物体带静电。当正负电量平衡时,称物体的电性为电中性LPL下注官网。静电在日常生活中有很多用途LPL下注官网,例如,静电油漆系统能够将瓷漆(英语:enamel paint)或聚氨酯漆,均匀地喷洒于物品表面。

电子与质子之间的吸引性库仑力LPL下注官网,使得电子被束缚于原子,称此电子为束缚电子LPL下注官网。两个以上的原子LPL下注官网,会交换或分享它们的束缚电子,这是化学键的主要成因。当电子脱离原子核的束缚,能够自由移动时,则改称此电子为自由电子LPL下注官网。许多自由电子一起移动所产生的净流动现象称为电流LPL下注官网。在许多物理现象里,像电传导LPL下注官网、磁性或热传导,电子都扮演了要重要的角色。移动的电子会产生磁场LPL下注官网,也会被外磁场偏转。呈加速度运动的电子会发射电磁辐射。[5] 

电荷的最终携带者是组成原子的微小电子。在运动的原子中,每个绕原子核运动的电子都带有一个单位的负电荷,而原子核里面的质子带有一个单位的正电荷。正常情况下,在物质中电子和质子的数目是相等的LPL下注官网,它们携带的电荷相平衡,物质呈中型。物质在经过摩擦后LPL下注官网,要么会失去电子,留下更多的正电荷(质子比电子多)。要么增加电子,获得更多的负电荷(电子比质子多)。这个过程称为摩擦生电。

自由电子(从原子中逃逸出来的电子)能够在导体的原子之间轻易移动,但它们在绝缘体中不行。于是,物体在摩擦时传递到导体上的电荷会被迅速中和LPL下注官网,因为多余的电子会从物质表面流走,或者额外的电子会被吸附到物体表面上代替流失的电子LPL下注官网。所以,无论摩擦多么剧烈,金属都不可能摩擦生电。但是LPL下注官网,橡胶或塑料这样的绝缘体LPL下注官网,在摩擦之后LPL下注官网,其表面都会留下电荷。

排布规律

1、电子是在原子核外距核由近及远、能量由低至高的不同电子层上分层排布。

2LPL下注官网、每层最多容纳的电子数为2n2个(n代表电子层数)LPL下注官网。

3LPL下注官网、最外层电子数不超过8个(第一层不超过2个),次外层不超过18个,倒数第三层不超过32个。

4、电子一般总是尽先排在能量最低的电子层里,即先排第一层,当第一层排满后,再排第二层,第二层排满后,再排第三层。

电子云是电子在原子核外空间概率密度分布的形象描述,电子在原子核外空间的某区域内出现,好像带负电荷的云笼罩在原子核的周围,人们形象地称它为“电子云”。它是1926年奥地利学者薛定谔在德布罗伊关系式的基础上LPL下注官网,对电子的运动做了适当的数学处理LPL下注官网,提出了二阶偏微分的的著名的薛定谔方程式LPL下注官网。这个方程式的解,如果用三维坐标以图形表示的话,就是电子云LPL下注官网。

电的速度虽然很快,仅次于光速,但是在没有形成电路之前,一个电子走完1米长的导线大约要1小时长,比蜗?;孤?!

实验测量

电子是物质的相对基本形式,同质子相比是一种相对单纯的存在,同质子不在一个级别LPL下注官网,是质子的下一级别。通过撞击,电子不可以产生任何形式的基本粒子。

在一项新的实验中,Weizmann机构的科学家设计出精妙的方法去检验这一非整电子电荷是否存在LPL下注官网。该实验将能很好地检测出所谓的“撞击背景噪声”,这是分数电荷存在的直接证据??蒲Ъ医桓鲇械缌魍ü陌氲继褰敫咔看懦?,非整量子霍尔效应随之被检测出来,他们又使用一系列精密的仪器排除外界噪声的干扰,该噪声再被放大并分析,结果证实了所谓的“撞击背景噪声”的确来源于电子LPL下注官网,因而也证实了电流的确是由1/3电子电荷组成。由此他们得出电子并非自然界基本的粒子,而是更“基本”更“简单”且无法再被分割的亚原子粒子组成。

电子层又称电子壳或电子壳层,是原子物理学中LPL下注官网,一组拥有相同主量子数n的原子轨道LPL下注官网。电子层组成为一粒原子的电子序。这可以证明电子层可容纳最多电子的数量为2nLPL下注官网。

亨利·莫塞莱和巴克拉的X射线吸收研究首次于实验中发现电子层。巴克拉把它们称为K、L和、M(以英文子母排列)等电子层(最初K和L电子层名为B和A,改为K和L的原因是预留空位给未发现的电子层)。这些字母后来被n值1LPL下注官网、2、3等取代。它们被用于分光镜的西格班记号法。

电子层的名字起源于波耳模型中,电子被认为一组一组地围绕着核心以特定的距离旋转,所以轨迹就形成了一个壳。

稳定性

当最外层电子数为8,最内层电子数为2时,该原子就形成为相对稳定结构了(氦除外LPL下注官网,氦的电子数为2但也是相对稳定结构),不易发生化学反应,稀有气体一般都为相对稳定结构,所以不易发生化学反应,而非稀有气体能够通过化学变化实现成为相对稳定结构LPL下注官网,非金属元素的最外层电子数一般大于4,易得电子。

注:电子不能随意抛给大自然。例如氯化钠(即食盐),氯的最外层电子数是7,易得电子1个电子,钠的最外层电子数为1易失去一个电子,氯和钠发生化学反应时,钠将最外层电子给了氯LPL下注官网,此时钠和氯的电子电荷数都不等于原子核的电荷数了,钠由于丢了一个电子就带了一个正电荷了LPL下注官网,而氯由于得了一个电子LPL下注官网,就带了一个负电荷,此时的氯和钠都不能算是原子了LPL下注官网,只能说是氯离子和钠离子了LPL下注官网。根据物理学,正负相吸,氯和钠就将吸在一起LPL下注官网,形成氯化钠LPL下注官网,大多数的化合物都是这样结合的LPL下注官网。

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