אלקטרונים הם חלקיקים תת-אטומיים בסיסיים בעלי מסה זניחה המקיפים את גרעין האטום. הם קשורים לגרעין עקב משיכה אלקטרומגנטית, כאשר לאטומים ניטרליים יש מספר שווה של פרוטונים ואלקטרונים. אלקטרונים יכולים לספוג אנרגיה ולברוח מהגרעין, וליצור יונים כאשר הם מאבדים או מקבלים אלקטרונים.
מה הם אלקטרונים?
האלקטרון הוא חלקיק תת-אטומי הקיים בכל האטומים. שלא כמו פרוטונים, נויטרונים או גרעינים של אטומים, אלקטרונים הם חלקיקים יסודיים. המשמעות היא שהם אינם מורכבים מחלקיקים קטנים עוד יותר. כמו כן בניגוד לפרוטונים ולנייטרונים, לאלקטרונים אין בעצם מסה. לבסוף, אלקטרונים שונים מפרוטונים ונייטרונים בכך שהם מקיפים את הגרעין במקום להיות חלק מהגרעין.
בדרך כלל, אלקטרונים קשורים לגרעיני האטומים. זה קורה כי לאלקטרונים יש מטען שלילי שמקיים אינטראקציה עם המטען החיובי של הגרעין של אָטוֹם. באטום ניטרלי, מספר האלקטרונים זהה למספר המטענים החיוביים בגרעין.
כל היסודות של הטבלה המחזורית הם ניטרליים. עם זאת, לכל אטום יכולים להיות יותר או פחות אלקטרונים ממטענים חיוביים. זה הופך את האטום למטען שלילי או חיובי. אטומים טעונים אלה ידועים בשם יונים. ליתר דיוק, יונים בעלי מטען שלילי נקראים אניונים ויונים טעונים חיובי נקראים קטיונים.
תמונה זו מציגה את ההסתברות למצוא את האלקטרון של מימן בבסיס (n=1) ובמצבים נרגשים (n=2 ו-n=3). אזורים בהירים מצביעים על סבירות גבוהה יותר. השורות (l) מציינות את התנע הזוויתי של האלקטרון. קרדיט: University Physics Vol 3 מאת OpenStax (CC BY 4.0)
אטומים מאבדים אלקטרונים בגלל האופן שבו הם מתקשרים עם כוחות מעבר לגרעיני האטום. כאשר אלקטרון צובר אנרגיה נוספת, הוא יכול להתרגש. זה יכול לקרות כאשר אלקטרון סופג א פוטון (חבילת אור) או מתנגשת באטום או חלקיק קרובים. אלקטרונים יכולים לצבור מספיק אנרגיה כדי להשאיר גרעיני אטום מאחור. אלקטרונים חופשיים אלה מתערבבים עם יונים ליצירת א פְּלַסמָה.
אלקטרונים יכולים להיפרד מאטומים בגלל האופן שבו הם מקיפים גרעינים. בעבר, מדענים האמינו שהאלקטרונים מקיפים את הגרעינים באותו אופן שבו הירח מקיף את כדור הארץ. עם זאת, מדענים מאמינים כעת כי אלקטרונים מקיפים גרעינים בענן המחולק לקליפות. קונכיות אלו דומות לשכבות השונות באטמוספירה של כדור הארץ. עם זאת, אלקטרונים אינם קיימים בנקודות ספציפיות בקליפות אלה. בגלל מכניקת הקוונטים, אלקטרונים פועלים גם כנקודות וגם כגלים. זה אומר שלאזורים בתוך הקליפות יש הסתברויות שונות להכיל אלקטרונים.
לאטומים יש קונכיות מרובות, כל אחת עם מספר שונה של קונכיות משנה. קונכיות יכולות להכיל יותר ויותר אלקטרונים ככל שהן רחוקות מהגרעין, ולאלקטרונים יש רמות אנרגיה גבוהות יותר ככל שהם נעים לקליפות הרחק מהגרעין.
אם שתי הקונכיות החיצוניות מלאות, האלמנט מגיב הרבה פחות עם אלמנטים אחרים. תגובתיות נמוכה זו היא הסיבה שהיסודות בעמודה האחרונה של הטבלה המחזורית – הליום, ניאון וכו' – נקראים "הגזים האצילים" מכיוון שהם לא מגיבים.
כאשר אלקטרונים "מתרגשים" וצוברים אנרגיה, ואז "נרגעים" וחוזרים לקליפות המקוריות שלהם, האטום פולט פוטון. אורך הגל של הפוטון תלוי עד כמה האלקטרון נופל בחזרה לכיוון גרעין האטום. אורכי גל אלו ספציפיים לכל אלמנט.
עובדות מהירות
- למד על אלקטרונים ורכיבים אחרים של היסודות עם הטבלה המחזורית האינטראקטיבית הזו.
- אלקטרונים יכולים "לנהור" ולהופיע בצד הנגדי של מחסום. זו תופעה שנקראת מנהור קוונטי, והיא אפשרית כי אלקטרונים הם גם חלקיקים וגם גלים, וחלק מגל יכול להיות בצד השני של מחסום. תופעה זו משמשת במיקרוסקופים אלקטרוניים ובמעגלים משולבים מודרניים.
משרד המדע של DOE: תרומות לחקר החלקיקים התת-אטומיים
משרד DOE לפיזיקה גרעינית במשרד המדע תומך במחקר להבנת כל צורות החומר הגרעיני והחלקיקים התת-אטומיים המרכיבים את גרעיני האטום. מחקר זה כולל גילוי תכונות שלא היו ידועות בעבר של אטומים ושל החלקיקים התת-אטומיים מהם הם מורכבים במצבם הטבעי עבור יישומים חשובים ברפואה, מסחר והגנה לאומית. תחום מחקר נוסף הוא ההבנה במדויק כיצד בנויים הגרעינים בהתאם למספר הפרוטונים והנייטרונים שבתוכם. מחקר אחר מתמקד בחימום גרעינים לטמפרטורת היקום המוקדם כדי להבין כיצד הם התעבו מתוך מרק הקווארק-גלואון שהיה קיים באותה תקופה.
