Heading

Atomen zijn opgebouwd uit protonen, neutronen en elektronen. Van deze drie deeltjes heeft het elektron de kleinste massa. Hier volgt de definitie van het elektron, samen met de woordoorsprong, de geschiedenis en interessante feiten.

Elektron Definitie

Een elektron is een stabiel subatomair deeltje met een negatieve elektrische lading. Elk elektron draagt één eenheid van negatieve lading (1,602 x 10-19 coulomb) en heeft een zeer kleine massa in vergelijking met die van een neutron of proton. De massa van een elektron is 9,10938 x 10-31 kg. Dit is ongeveer 1/1836 van de massa van een proton.

Een gangbaar symbool voor een elektron is e-. Het antideeltje van het elektron, dat een positieve elektrische lading heeft, wordt positron of antielectron genoemd. Een positron wordt aangeduid met het symbool e+ of β+. Wanneer een elektron en een positron op elkaar botsen, worden beide deeltjes geannihileerd en komt energie vrij in de vorm van gammastralen.

Waar vindt men elektronen

Elektronen zijn vrij in de natuur te vinden (vrije elektronen) en gebonden in atomen. Elektronen zijn verantwoordelijk voor de negatief geladen component van een atoom. In een atoom draaien elektronen rond de positief geladen atoomkern.

In vaste stoffen zijn elektronen het belangrijkste middel om stroom te geleiden. Dit komt doordat protonen binnen de kern gebonden zijn, zodat ze niet zo mobiel zijn als elektronen. In vloeistoffen zijn de stroomdragers vaker ionen. Interacties tussen de elektronen van atomen en moleculen leiden tot chemische reacties. Chemische bindingen ontstaan wanneer elektronen worden gedeeld tussen atomen.

Geschiedenis en woordoorsprong

De mogelijkheid van elektronen werd voorspeld door Richard Laming (1838-1851), de Ierse natuurkundige G. Johnstone Stoney (1874), en andere wetenschappers. De term “elektron” werd voor het eerst geopperd door Stoney in 1891, hoewel het elektron pas in 1897 werd ontdekt door de Britse natuurkundige J.J. Thomson.

Hoewel de elektronwetenschappen dateren uit de 19e en 20e eeuw, vinden de woorden “elektron” en “elektriciteit” hun oorsprong bij de oude Grieken. Het oude Griekse woord voor amber was elektron. De Grieken merkten dat het wrijven van bont met amber ervoor zorgde dat het amber kleine voorwerpen aantrok. Dit is het vroegste geregistreerde experiment met elektriciteit. De Engelse wetenschapper William Gilbert bedacht de term “electricus” om naar deze aantrekkende eigenschap te verwijzen.

Elektronfeiten

• Elektronen worden beschouwd als een soort elementaire deeltjes, omdat ze niet zijn opgebouwd uit kleinere componenten. Ze zijn een type deeltje dat behoort tot de leptonfamilie en hebben de kleinste massa van alle geladen leptonen of andere geladen deeltjes.
• In de kwantummechanica worden elektronen beschouwd als identiek aan elkaar omdat geen enkele intrinsieke fysische eigenschap kan worden gebruikt om ze van elkaar te onderscheiden. Elektronen kunnen met elkaar van positie verwisselen zonder een waarneembare verandering in een systeem te veroorzaken.
• Protonen en elektronen hebben gelijke, maar tegengestelde ladingen. Elektronen worden aangetrokken door positief geladen deeltjes, zoals protonen.
• Of een stof een netto elektrische lading heeft, wordt bepaald door het evenwicht tussen het aantal elektronen en de positieve lading van atoomkernen. Als er meer elektronen dan positieve ladingen zijn, wordt gezegd dat een stof negatief geladen is. Als er een overmaat aan protonen is, wordt het voorwerp als positief geladen beschouwd. Als het aantal elektronen en protonen in evenwicht is, zegt men dat een materiaal elektrisch neutraal is.
• Elektronen in een metaal gedragen zich alsof het vrije elektronen zijn en kunnen bewegen om een netto stroom van lading te produceren, die elektrische stroom wordt genoemd. Wanneer elektronen (of protonen) bewegen, wordt een magnetisch veld opgewekt.
• Elektronen hebben eigenschappen van zowel deeltjes als golven. Ze kunnen worden afgebogen, zoals fotonen, maar kunnen ook met elkaar en met andere deeltjes botsen, zoals andere materie.
• De atoomtheorie beschrijft dat elektronen de proton/neutron-kern van een atoom omgeven in schillen. Deze schillen zijn gebieden van waarschijnlijkheid. Sommige zijn bolvormig, maar andere vormen komen ook voor. Hoewel het theoretisch mogelijk is een elektron in de atoomkern te vinden, is de kans het grootst dat hij zich in zijn schil bevindt.
• Een elektron heeft een spin of intrinsiek impulsmoment van 1/2.
• Wetenschappers zijn in staat een enkel elektron te isoleren en te vangen in een apparaat dat een Penning-val wordt genoemd.
• Uit onderzoek naar enkelvoudige elektronen hebben onderzoekers afgeleid dat de grootste elektronenradius 10-22 meter is. Omdat elektronen zo klein zijn, worden ze behandeld als puntladingen, dat zijn elektrische ladingen zonder fysische afmetingen.
• Materie is veel talrijker dan antimaterie in het heelal, maar het is mogelijk dat er ooit evenveel elektronen en positronen waren. Volgens de oerknaltheorie kregen fotonen in de eerste milliseconde van de explosie genoeg energie om met elkaar te reageren en elektron-positronparen te vormen. Deze paren vernietigden elkaar en zonden fotonen uit. Om onbekende redenen kwam er een tijd dat er meer elektronen dan positronen en meer protonen dan antiprotonen waren. De overgebleven protonen, neutronen en elektronen begonnen met elkaar te reageren, waardoor atomen werden gevormd.
• Elektronen worden in veel praktische toepassingen gebruikt. Deze omvatten elektriciteit, vacuümbuizen, fotomultiplicatorbuizen, kathodestraalbuizen, deeltjesbundels voor onderzoek en lassen, en de vrije-elektronenlaser.