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電子
本詞條是多義詞，共4個(gè)義項
基本粒子之一
最早發(fā)現的基本粒子。帶負電，電量為1.602189×10-19庫侖，是電量的最小單元。質(zhì)量為9.10953×10-28克。常用符號e表示。1897年由英國物理學(xué)家約瑟夫·約翰·湯姆生在研究陰極射線(xiàn)時(shí)發(fā)現。一切原子都由一個(gè)帶正電的原子核和圍繞它運動(dòng)的若干電子組成。電子的定向運動(dòng)形成電流，如金屬導線(xiàn)中的電流。利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)，能按照需要控制電子的運動(dòng)(在固體、真空中)，從而制造出各種電子儀器和元件，如各種電子管、電子顯微鏡等。電子的波動(dòng)性于1927年由晶體衍射實(shí)驗得到證實(shí)。
簡(jiǎn)介
電子（electron）是帶負電的亞原子粒子。它可以是自由的(不屬于任何原子)，也可以被原子核束縛。原子中的電子在各種各樣的半徑和描述能量級別的球形殼里存在。球形殼越大，包含在電子里的能量越高。
在電導體中，電流由電子在原子間的獨立運動(dòng)產(chǎn)生，并通常從電極的陰極到陽(yáng)極。在半導體材料中，電流也是由運動(dòng)的電子產(chǎn)生的。但有時(shí)候，將電流想象成從原子到原子的缺電子運動(dòng)更具有說(shuō)明性。半導體里的缺電子的原子被稱(chēng)為空穴（hole）。通常，空穴從電極的正極"移動(dòng)"到負極。
電子屬于亞原子粒子中的輕子類(lèi)。輕子被認為是構成物質(zhì)的基本粒子之一。它帶有1/2自旋，即又是一種費米子（按照費米—狄拉克統計）。電子所帶電荷為e=1.6×10?1?C（庫侖），質(zhì)量為9.11×10?31kg（0.51MeV/c2），能量為5.11×10?eV，通常被表示為e?。電子的反粒子是正電子，它帶有與電子相同的質(zhì)量，能量，自旋和等量的正電荷（正電子的電荷為+1，負電子的電荷為-1）。
物質(zhì)的基本構成單位——原子是由電子、中子和質(zhì)子三者共同組成。中子不帶電，質(zhì)子帶正電，原子對外不顯電性。相對于中子和質(zhì)子組成的原子核，電子的質(zhì)量極小。質(zhì)子的質(zhì)量大約是電子的1840倍。
當電子脫離原子核束縛在其它原子中自由移動(dòng)時(shí)，其產(chǎn)生的凈流動(dòng)現象稱(chēng)為電流。
靜電是指當物體帶有的電子多于或少于原子核的電量，導致正負電量不平衡的情況。當電子過(guò)剩時(shí)，稱(chēng)為物體帶負電；而電子不足時(shí)，稱(chēng)為物體帶正電。當正負電量平衡時(shí)，則稱(chēng)物體是電中性的。靜電在我們日常生活中有很多應用方法，其中例子有激光打印機。
研究歷史
電子是在1897年由劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗室的約瑟夫·約翰·湯姆森在研究陰極射線(xiàn)時(shí)發(fā)現的。約瑟夫·約翰·湯姆森提出了葡萄干模型（棗糕模型）。
1897年，英國劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗室的約瑟夫·約翰·湯姆森重做了赫茲的實(shí)驗。使用真空度更高的真空管和更強的電場(chǎng)，他觀(guān)察出負極射線(xiàn)的偏轉，并計算出負級射線(xiàn)粒子（電子）的質(zhì)量-電荷比例，因此獲得了1906年的諾貝爾物理學(xué)獎。湯姆遜采用1891年喬治·斯托尼所起的名字——電子來(lái)稱(chēng)呼這種粒子。至此，電子作為人類(lèi)發(fā)現的第一個(gè)亞原子粒子和打開(kāi)原子世界的大門(mén)被湯姆遜發(fā)現了。
電子并非基本粒子，100多年前，當美國物理學(xué)家RobertMillikan首次通過(guò)實(shí)驗測出電子所帶的電荷為1.602×10?1?C后，這一電荷值便被廣泛看作為電荷基本單元。然而如果按照經(jīng)典理論，將電子看作“整體”或者“基本”粒子，將使我們對電子在某些物理情境下的行為感到極端困惑，比如當電子被置入強磁場(chǎng)后出現的非整量子霍爾效應。
英國劍橋大學(xué)研究人員和伯明翰大學(xué)的同行合作完成了一項研究。公報稱(chēng)，電子通常被認為不可分。劍橋大學(xué)研究人員將極細的“量子金屬絲”置于一塊金屬平板上方，控制其間距離為約30個(gè)原子寬度，并將它們置于近乎絕對零度的超低溫環(huán)境下，然后改變外加磁場(chǎng)，發(fā)現金屬板上的電子在通過(guò)量子隧穿效應跳躍到金屬絲上時(shí)分裂成了自旋子和穴子。
為了解決這一難題，1980年，美國物理學(xué)家RobertLaughlin提出一個(gè)新的理論解決這一迷團，該理論同時(shí)也十分簡(jiǎn)潔地詮釋了電子之間復雜的相互作用。然而接受這一理論確是要讓物理學(xué)界付出“代價(jià)”的：由該理論衍生出的奇異推論展示，電流實(shí)際上是由1/3電子電荷組成的。
性質(zhì)特征
電子塊頭小重量輕（比μ介子還輕205倍)，被歸在亞原子粒子中的輕子類(lèi)。輕子是物質(zhì)被劃分的作為基本粒子的一類(lèi)。電子帶有二分之一自旋，滿(mǎn)足費米子的條件（按照費米-狄拉克統計）。電子所帶電荷約為-1.6×10?1?庫侖，質(zhì)量為9.10×10?31kg（0.51MeV/c2）。通常被表示為e?。與電子電性相反的粒子被稱(chēng)為正電子，它帶有與電子相同的質(zhì)量，自旋和等量的正電荷。電子在原子內做繞核運動(dòng)，能量越大距核運動(dòng)的軌跡越遠，有電子運動(dòng)的空間叫電子層，第一層最多可有2個(gè)電子。第二層最多可以有8個(gè)，第n層最多可容納2n2個(gè)電子，最外層最多容納8個(gè)電子。最后一層的電子數量決定物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)是否活潑，1、2、3電子為金屬元素，4、5、6、7為非金屬元素，8為稀有氣體元素。
物質(zhì)的電子可以失去也可以得到，物質(zhì)具有得電子的性質(zhì)叫做氧化性，該物質(zhì)為氧化劑；物質(zhì)具有失電子的性質(zhì)叫做還原性，該物質(zhì)為還原劑。物質(zhì)氧化性或還原性的強弱由得失電子難易決定，與得失電子多少無(wú)關(guān)。
電子
電子與質(zhì)子之間的吸引性庫侖力，使得電子被束縛于原子，稱(chēng)此電子為束縛電子。兩個(gè)以上的原子，會(huì )交換或分享它們的束縛電子，這是化學(xué)鍵的主要成因。當電子脫離原子核的束縛，能夠自由移動(dòng)時(shí)，則改稱(chēng)此電子為自由電子。許多自由電子一起移動(dòng)所產(chǎn)生的凈流動(dòng)現象稱(chēng)為電流。在許多物理現象里，像電傳導、磁性或熱傳導，電子都扮演了要重要的角色。移動(dòng)的電子會(huì )產(chǎn)生磁場(chǎng)，也會(huì )被外磁場(chǎng)偏轉。呈加速度運動(dòng)的電子會(huì )發(fā)射電磁輻射。
電荷的最終攜帶者是組成原子的微小電子。在運動(dòng)的原子中，每個(gè)繞原子核運動(dòng)的電子都帶有一個(gè)單位的負電荷，而原子核里面的質(zhì)子帶有一個(gè)單位的正電荷。正常情況下，在物質(zhì)中電子和質(zhì)子的數目是相等的，它們攜帶的電荷相平衡，物質(zhì)呈中型。物質(zhì)在經(jīng)過(guò)摩擦后，要么會(huì )失去電子，留下更多的正電荷（質(zhì)子比電子多）。要么增加電子，獲得更多的負電荷（電子比質(zhì)子多）。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為摩擦生電。
排布規律
1、電子是在原子核外距核由近及遠、能量由低至高的不同電子層上分層排布。
電子
4、電子一般總是盡先排在能量最低的電子層里，即先排第一層，當第一層排滿(mǎn)后，再排第二層，第二層排滿(mǎn)后，再排第三層。
原子理論
在不同的時(shí)代，人們對電子在原子中的存在方式有過(guò)各種不同的推測。
最早的原子模型是湯姆孫的梅子布丁模型。發(fā)表于1904年，湯姆遜認為電子在原子中均勻排列，就像帶正電布丁中的帶負電梅子一樣。1909年，著(zhù)名的盧瑟福散射實(shí)驗徹底地推翻了這模型。
盧瑟福根據他的實(shí)驗結果，于1911年，設計出盧瑟福模型。在這模型里，原子的絕大部分質(zhì)量都集中在小小的原子核中，原子的絕大部分都是真空。而電子則像行星圍繞太陽(yáng)運轉一樣圍繞著(zhù)原子核運轉。這一模型對后世產(chǎn)生了巨大影響，直到現在，許多高科技組織和單位仍然使用電子圍繞著(zhù)原子核的原子圖像來(lái)代表自己。
在經(jīng)典力學(xué)的框架之下，行星軌道模型有一個(gè)嚴重的問(wèn)題不能解釋?zhuān)撼始铀俣冗\動(dòng)的電子會(huì )產(chǎn)生電磁波，而產(chǎn)生電磁波就要消耗能量；最終，耗盡能量的電子將會(huì )一頭撞上原子核（就像能量耗盡的人造衛星最終會(huì )進(jìn)入地球大氣層）。于1913年，尼爾斯·玻爾提出了玻爾模型。在這模型中，電子運動(dòng)于原子核外某一特定的軌域。距離原子核越遠的軌域能量越高。電子躍遷到距離原子核更近的軌域時(shí)，會(huì )以光子的形式釋放出能量。相反的，從低能級軌域到高能級軌域則會(huì )吸收能量。藉著(zhù)這些量子化軌域，玻爾正確地計算出氫原子光譜。但是，使用玻爾模型，并不能夠解釋譜線(xiàn)的相對強度，也無(wú)法計算出更復雜原子的光譜。這些難題，尚待后來(lái)量子力學(xué)的解釋。
1916年，美國物理化學(xué)家吉爾伯特·路易士成功地解釋了原子與原子之間的相互作用。他建議兩個(gè)原子之間一對共用的電子形成了共價(jià)鍵。于1923年，沃爾特·海特勒WalterHeitler和弗里茨·倫敦FritzLondon應用量子力學(xué)的理論，完整地解釋清楚電子對產(chǎn)生和化學(xué)鍵形成的原因。于1919年，歐文·朗繆爾將路易士的立方原子模型cubicalatom。加以發(fā)揮，建議所有電子都分布于一層層同心的（接近同心的）、等厚度的球形殼。他又將這些球形殼分為幾個(gè)部分，每一個(gè)部分都含有一對電子。使用這模型，他能夠解釋周期表內每一個(gè)元素的周期性化學(xué)性質(zhì)。
于1924年，奧地利物理學(xué)家沃爾夫岡·泡利用一組參數來(lái)解釋原子的殼層結構。這一組的四個(gè)參數，決定了電子的量子態(tài)。每一個(gè)量子態(tài)只能容許一個(gè)電子占有。（這禁止多于一個(gè)電子占有同樣的量子態(tài)的規則，稱(chēng)為泡利不相容原理）。這一組參數的前三個(gè)參數分別為主量子數、角量子數和磁量子數。第四個(gè)參數可以有兩個(gè)不同的數值。于1925年，荷蘭物理學(xué)家撒姆耳·高斯密特SamuelAbrahamGoudsmit和喬治·烏倫貝克GeorgeUhlenbeck提出了第四個(gè)參數所代表的物理機制。他們認為電子，除了運動(dòng)軌域的角動(dòng)量以外，可能會(huì )擁有內在的角動(dòng)量，稱(chēng)為自旋，可以用來(lái)解釋先前在實(shí)驗里，用高分辨率光譜儀觀(guān)測到的神秘的譜線(xiàn)分裂。這現象稱(chēng)為精細結構分裂。
質(zhì)量測量
電子的質(zhì)量出現在亞原子領(lǐng)域的許多基本法則里，但是由于粒子的質(zhì)量極小，直接測量非常困難。一個(gè)物理學(xué)家小組克服了這些挑戰，得出了迄今為止最精確的電子質(zhì)量測量結果。
將一個(gè)電子束縛在中空的碳原子核中，并將該合成原子放入了名為彭寧離子阱的均勻電磁場(chǎng)中。在彭寧離子阱中，該原子開(kāi)始出現穩定頻率的振蕩。該研究小組利用微波射擊這個(gè)被捕獲的原子，導致電子自旋上下翻轉。通過(guò)將原子旋轉運動(dòng)的頻率與自旋翻轉的微波的頻率進(jìn)行對比，研究人員使用量子電動(dòng)力學(xué)方程得到了電子的質(zhì)量。
正電子反電子
在眾多解釋宇宙早期演化的理論中，大爆炸理論是比較能夠被物理學(xué)界廣泛接受的科學(xué)理論。在大爆炸的最初幾秒鐘時(shí)間，溫度遠遠高過(guò)100億K。那時(shí)，光子的平均能量超過(guò)1.022MeV很多，有足夠的能量來(lái)創(chuàng )生電子和正電子對。
電子
應用領(lǐng)域
電子的應用領(lǐng)域很多，像電子束焊接、陰極射線(xiàn)管、電子顯微鏡、放射線(xiàn)治療、激光和粒子加速器等等。在實(shí)驗室里，精密的尖端儀器，像四極離子阱（英語(yǔ)：quadrupoleiontrap），可以長(cháng)時(shí)間約束電子，以供觀(guān)察和測量。大型托卡馬克設施，像國際熱核聚變實(shí)驗反應堆，借著(zhù)約束電子和離子等離子體，來(lái)實(shí)現受控核聚變。無(wú)線(xiàn)電望遠鏡可以用來(lái)探測外太空的電子等離子體。
焊接應用
電子束科技，應用于焊接，稱(chēng)為電子束焊接。這焊接技術(shù)能夠將高達107W·cm能量密度的熱能，聚焦于直徑為0.3～1.3mm的微小區域。使用這技術(shù)，技工可以焊接更深厚的物件，限制大部分熱能于狹窄的區域，而不會(huì )改變附近物質(zhì)的材質(zhì)。為了避免物質(zhì)被氧化的可能性，電子束焊接必須在真空內進(jìn)行。不適合使用普通方法焊接的傳導性物質(zhì)，可以考慮使用電子束焊接。在核子工程和航天工程里，有些高價(jià)值焊接工件不能忍受任何缺陷。這時(shí)候，工程師時(shí)常會(huì )選擇使用電子束焊接來(lái)完成任務(wù)。
印刷電路
電子束平版印刷術(shù)是一種分辨率小于一毫米的蝕刻半導體的方法。這種技術(shù)的缺點(diǎn)是成本高昂、程序緩慢、必須操作于真空內、還有，電子束在固體內很快就會(huì )散開(kāi)，很難維持聚焦。最后這缺點(diǎn)限制住分辨率不能小于10nm。因此，電子束平版印刷術(shù)主要是用來(lái)制備少數量特別的集成電路。
放射治療
技術(shù)使用電子束來(lái)照射物質(zhì)。這樣，可以改變物質(zhì)的物理性質(zhì)或滅除醫療物品和食品所含有的微生物。做為放射線(xiàn)療法的一種，直線(xiàn)型加速器。制備的電子束，被用來(lái)照射淺表性腫瘤。由于在被吸收之前，電子束只會(huì )穿透有限的深度（能量為5～20MeV的電子束通常可以穿透5cm的生物體），電子束療法可以用來(lái)醫療像基底細胞癌一類(lèi)的皮膚病。電子束療法也可以輔助治療，已被X-射線(xiàn)照射過(guò)的區域。
粒子加速器使用電場(chǎng)來(lái)增加電子或正子的能量，使這些粒子擁有高能量。當這些粒子通過(guò)磁場(chǎng)時(shí)，它們會(huì )放射同步輻射。由于輻射的強度與自旋有關(guān)，因而造成了電子束的偏振。這過(guò)程稱(chēng)為索克洛夫-特諾夫效應。很多實(shí)驗都需要使用偏振的電子束為粒子源。同步輻射也可以用來(lái)降低電子束溫度，減少粒子的動(dòng)量偏差。一當粒子達到要求的能量，使電子束和正子束發(fā)生互相碰撞與湮滅，這會(huì )引起高能量輻射發(fā)射。探測這些能量的分布，物理學(xué)家可以研究電子與正子碰撞與湮滅的物理行為。
成像技術(shù)
低能電子衍射技術(shù)（LEED）照射準直電子束于晶體物質(zhì)，然后根據觀(guān)測到的衍射圖案，來(lái)推斷物質(zhì)結構。這技術(shù)所使用的電子能量通常在20～200eV之間。反射高能電子衍射（RHEED)）技術(shù)以低角度照射準直電子束于晶體物質(zhì)，然后搜集反射圖案，從而推斷晶體表面的資料。這技術(shù)所使用的電子的能量在8～20keV之間，入射角度為1～4°。
電子顯微鏡將聚焦的電子束入射于樣本。由于電子束與樣本的相互作用，電子的性質(zhì)會(huì )有所改變，像移動(dòng)方向、相對相位和能量。細心地分析這些數據，即可得到分辨率為原子尺寸的樣本影像。使用藍色光，普通的光學(xué)顯微鏡的分辨率，因受到衍射限制，大約為200nm；相互比較，電子顯微鏡的分辨率，則是受到電子的德布羅意波長(cháng)限制，對于能量為100keV的電子，分辨率大約為0.0037nm。像差修正穿透式電子顯微鏡。能夠將分辨率降到低于0.05nm，足夠清楚地觀(guān)測個(gè)別原子。這能力使得電子顯微鏡成為，在實(shí)驗室里，高分辨率成像不可缺少的儀器。但是，電子顯微鏡的價(jià)錢(qián)昂貴，保養不易；而且由于操作時(shí)，樣品環(huán)境需要維持真空，科學(xué)家無(wú)法觀(guān)測活生物。
參考資料
[1]
電子[基本粒子之一] · 電子2021-08-18[引用日期2021-08-18]
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這家伙太懶了，什么都沒(méi)寫(xiě)！
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