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Les atomes sont constitués de protons, de neutrons et d’électrons. De ces trois particules, l’électron a la plus petite masse. Voici la définition de l’électron, ainsi que l’origine de son mot, son histoire et des faits intéressants.

Définition de l’électron

Un électron est une particule subatomique stable avec une charge électrique négative. Chaque électron porte une unité de charge négative (1,602 x 10-19 coulomb) et a une masse très faible par rapport à celle d’un neutron ou d’un proton. La masse d’un électron est de 9,10938 x 10-31 kg. Cela représente environ 1/1836 de la masse d’un proton.

Un symbole courant pour un électron est e-. L’antiparticule de l’électron, qui porte une charge électrique positive, est appelée positron ou antiélectron. Un positron est désigné par le symbole e+ ou β+. Lorsqu’un électron et un positron entrent en collision, les deux particules sont annihilées et de l’énergie est libérée sous forme de rayons gamma.

Où trouver des électrons

Les électrons se trouvent libres dans la nature (électrons libres) et liés à l’intérieur des atomes. Les électrons sont responsables de la composante chargée négativement d’un atome. Dans un atome, les électrons gravitent autour du noyau atomique chargé positivement.

Dans les solides, les électrons sont le principal moyen de conduire le courant. En effet, les protons étant liés au sein du noyau, ils ne sont pas aussi mobiles que les électrons. Dans les liquides, les porteurs de courant sont plus souvent des ions. Les interactions entre les électrons des atomes et des molécules produisent des réactions chimiques. Les liaisons chimiques se forment lorsque les électrons sont partagés entre les atomes.

Histoire et origine du mot

La possibilité des électrons a été prédite par Richard Laming (1838-1851), le physicien irlandais G. Johnstone Stoney (1874) et d’autres scientifiques. Le terme « électron » a été suggéré pour la première fois par Stoney en 1891, bien que l’électron n’ait été découvert qu’en 1897, par le physicien britannique J.J. Thomson.

Bien que la science des électrons date des XIXe et XXe siècles, les mots « électron » et « électricité » remontent aux Grecs anciens. Le mot grec ancien pour désigner l’ambre était elektron. Les Grecs ont remarqué qu’en frottant de la fourrure avec de l’ambre, l’ambre attirait de petits objets. Il s’agit de la plus ancienne expérience enregistrée en matière d’électricité. Le scientifique anglais William Gilbert a inventé le terme « electricus » pour faire référence à cette propriété attractive.

Faits sur les électrons

• Les électrons sont considérés comme un type de particule élémentaire car ils ne sont pas constitués de composants plus petits. Ils sont un type de particule appartenant à la famille des leptons et ont la plus petite masse de tout lepton chargé ou autre particule chargée.
• En mécanique quantique, les électrons sont considérés comme identiques les uns aux autres car aucune propriété physique intrinsèque ne peut être utilisée pour les distinguer. Les électrons peuvent échanger leurs positions entre eux sans provoquer de changement observable dans un système.
• Les protons et les électrons ont des charges égales, mais opposées. Les électrons sont attirés par les particules chargées positivement, comme les protons.
• La présence ou non d’une charge électrique nette dans une substance est déterminée par l’équilibre entre le nombre d’électrons et la charge positive des noyaux atomiques. S’il y a plus d’électrons que de charges positives, on dit qu’une matière est chargée négativement. S’il y a un excès de protons, l’objet est considéré comme étant chargé positivement. Si le nombre d’électrons et de protons est équilibré, un matériau est dit électriquement neutre.
• Les électrons d’un métal se comportent comme s’ils étaient des électrons libres et peuvent se déplacer pour produire un flux net de charge appelé courant électrique. Lorsque les électrons (ou les protons) se déplacent, un champ magnétique est généré.
• Les électrons ont des propriétés à la fois de particules et d’ondes. Ils peuvent être diffractés, comme les photons, tout en pouvant entrer en collision entre eux et avec d’autres particules, comme l’autre matière.
• La théorie atomique décrit les électrons comme entourant le noyau proton/neutron d’un atome dans des coquilles. Ces coquilles sont des régions de probabilité. Certaines sont sphériques, mais d’autres formes existent également. Bien qu’il soit théoriquement possible de trouver un électron dans le noyau atomique, la plus grande probabilité d’en trouver un se trouve à l’intérieur de sa coquille.
• Un électron a un spin ou un moment angulaire intrinsèque de 1/2.
• Les scientifiques sont capables d’isoler et de piéger un électron unique dans un dispositif appelé piège de Penning.
• En examinant des électrons uniques, les chercheurs ont découvert que le plus grand rayon de l’électron est de 10-22 mètres. Comme les électrons sont très petits, ils sont traités comme des charges ponctuelles, qui sont des charges électriques sans dimensions physiques.
• La matière est beaucoup plus abondante que l’antimatière dans l’univers, mais il se peut qu’il y ait eu autrefois un nombre égal d’électrons et de positrons. Selon la théorie du Big Bang, les photons ont gagné suffisamment d’énergie au cours de la première milliseconde de l’explosion pour réagir les uns avec les autres et former des paires électron-positron. Ces paires se sont annihilées mutuellement, émettant des photons. Pour des raisons inconnues, il est arrivé un moment où il y avait plus d’électrons que de positrons et plus de protons que d’antiprotons. Les protons, neutrons et électrons survivants ont commencé à réagir les uns avec les autres, formant des atomes.
• Les électrons sont utilisés dans de nombreuses applications pratiques. Il s’agit notamment de l’électricité, des tubes à vide, des tubes photomultiplicateurs, des tubes cathodiques, des faisceaux de particules pour la recherche et le soudage, et du laser à électrons libres.