ذره ي بنيادي پايداري با بارالکتريکي منفي 1.602X10-19 کولن و جرم -در حال سکون 9.109X10-31 کيلوگرم.الکترون ها درهمه ي اتمها حضوردارند و درلايه‌هاي خاصي به دور هسته اتم مي چرخند.
سير تحولي و رشد
در نظريه‌هاي دالتون ونظريه‌هاي يونانيان ،اتم ها کوچکترين اجزاي ممکن ماده بودند.اما دراواخر سده نوزدهم کم کم معلوم شد که اتم خود از ذراتي کوچک تر ترکيب يافته است.اين تغييرديدگاه ، نتيجه ي آزمايشهايي بود که با الکتريسته به عمل آمد.در 1807-1808 شيميدان انگليسي همفري ديوي با تجزيه مواد مرکب توسط الکتريسته ، پنج عنصرپتاسيم ، سديم ، کلسيم ، استرونسيم و باريم را کشف کرد و ديوي با اين کار به اين نتيجه رسيد که عناصر با جاذبه‌هايي که ماهيتاً الکتريکي هستند بهم وصل مي‌شوند.
درسال 1833-1832 مايکل فارادي مجموعه آزمايش هاي مهمي در زمينه برقکافت شيميايي انجام داد.درفرآيند برقکافت ، مواد مرکب به وسيله الکتريسته تجزيه مي‌شوند.فارادي رابطه بين مقدار الکتريسته مصرف شده و مقدار ماده مرکب تجزيه شده را بررسي کرد و فرمول قوانين برقکافت را بدست آورد.برمبناي کار فارادي ، جرج جانستون استوني در سال 1874 به طرح اين مسأله پرداخت که:واحدهاي بار الکتريکي با اتم ها پيوستگي دارند. او در سال 1891 اين واحد را الکترون ناميد.
درسالهاي پاياني سده نوزدهم ميلادي بيشتر فيزيکدانان به اين باور رسيدند که الکتريسته به دو صورت ظاهر مي‌شود:يکي به صورت الکترون با جرم 9.109534X10-31 کيلو گرم و بار منفي 1.602X10-19 کولن و ديگري به صورت پروتون با جرم 1.672623X10-27 کيلو گرم و بار 1.602177X-19 اعتقاد بر اين بود که اتم ها (و در نتيجه مولکول ها) ازترکيب الکترون ها و پروتون ها شکل مي‌گيرد.دراوايل دهه 1930 معلوم شد که همه اتم ها (بجز هيدروژن)از پروتون هاي مثبت و نوترون هاي خنثي و با جرم 1.675X10-27 و بدون بار الکتريکي مثبت تشکيل مي‌شود. همچنين کشف شد که الکترون مثبت (يا پوزيترون)نيزبا جرمي برابر با جرم الکترون و باري برابر با بار الکترون ولي با علامت مثبت (دست کم به صورت لحظه‌اي)وجود دارد.
ساختار اتم الکتروني
چنانچه گفته شد اتم ها از ترکيب الکترون ها و پروتون ها شکل گرفته‌اند و هسته اتم ها نيز از پروتون هاي مثبت و نوترون هاي خنثي تشکيل شده است. به اين ترتيب ، اتم خنثي هسته‌اي با بارمثبت دارد که با الکترون هاي (منفي) احاطه شده است.اندازه هسته در هراتم از مرتبه حدود 10/1 اندازه اتم است.بقيه حجم اتم را الکترون هاي مداري در اشغال خود دارند.
انتقال الکترون ها
در رساناي الکتريسته (که معمولاً از جنس فلزند)، مسيرهايي براي انتقال سريع الکترون ها وجود دارد.يون ها (اتم ها و مولکول هاي با بارالکتريکي مثبت يا منفي در محلول ها)نيزمي‌توانند رساننده الکتريسته باشند.الکتريسته مي‌تواند در هوا يا گازهاي ديگر نيزمنتقل شود، اين انتقال يا به صورت جرقه‌اي است که چشمه‌اي با ولتاژ زياد (چند هزار ولت به ازاي هر سانتيمتر فاصله) آن را در فشار جو به وجود مي‌آورد.و يا در فشارکم نظير آنچه در لامپ هاي نئوني روي مي‌دهد به صورت تخليه الکتريکي است.
گسيل الکترون
فلزات داغ الکترون هاي فراواني گسيل مي‌کنند که آنها را مي‌توان درخلأ خوب به صورت پرتوهاي کاتدي شتاب داد.اين پرتوهاي توليد شده در لامپ کاتدي را مي‌توان به کمک ميدان هاي الکتريکي و مغناطيسي فلوئورتاب کانوني کرد. لامپ هايي که براين اساس کار مي‌کنند در ميکروسکوپ هاي الکتروني ، صفحه‌هاي نمايشي رايانه‌ها و همچنين در تلويزيون ها کاربرد دارد.
بر اثر کوشش هايي که براي عبور جريان برق در خلأ به عمل آمد ، يوليوس پلوکر در 1859 پرتوهاي کاتدي را کشف کرد.موضوع از اين قرار بود که دو الکترود در يک لوله شيشه‌اي وارد کردند و پس از مسدود کردن لوله ، هواي آن را تقريباً بطور کامل بيرون کشيدند.وقتي يک ولتاژ زياد بين دو الکترود برقرار گرديد،ازالکترود منفي که کاتد ناميده مي‌شود پرتوهايي گسيل يافت. اين پرتوها بارمنفي دارند، برخط راست سيرمي‌کنند و بر ديواره مقابل کاتد موجب تلألو مي‌شوند.لامپ هاي تصويري که در صفحه تلويزيون و صفحه نمايش هاي کامپيوتري به کار مي‌روند.لوله‌هاي پرتو کاتدي جديدي هستند، در اين لامپ ها پرتوها برصفحه‌اي متمرکز مي‌شوند.اين صفحه با موادي پوشيده شده که هنگام برخورد با تابش پرتوها درخشش ايجاد مي‌کنند.
دراواخر سده نوزدهم ، پرتوهاي کاتدي به طور وسيعي مورد بررسي قرار گرفت.آزمايش هاي متعدد دانشمندان به اين نتيجه انجاميد که پرتوهاي مذکور جرياني از ذرات باردار منفي است که حرکتي سريع دارند.اين ذرات همان طور که استوني پيشنهاد کرده بود الکترون ناميده شد.اين الکترون ها که از فلز کاتد ناشي مي‌شوند همواره يکسانند و به جنس فلز بستگي ندارند.چون بارهاي ناهمنام يکديگر را جذب مي کنند، جريان الکترون هايي که پرتوي کاتدي را بوجود مي‌آورند هرگاه از ميان دو صفحه با بارهاي مخالف بگذرند به طرف صفحه‌اي که بار مثبت دارد کشيده مي‌شوند.بنابراين پرتوهاي کاتدي در يک ميدان الکتريکي از مسير عادي مستقيم خود منحرف مي‌شوند.درجه اين اختلاف به دو عامل بستگي دارد:
1.انحراف به طور مستقيم با اندازه بار ذره تغيير مي‌کند.ذره‌اي که بار بيشتري دارد بيشتر از ذره‌اي که بار کمتري دارد منحرف مي‌شود.
2.انحراف به طور معکوس با جرم ذره تغيير مي‌کند.ذره‌اي با جرم بزرگتر کمتر از ذره‌اي با جرم کوچک تر منحرف مي‌شود.
انواع الکترون ها
الکترون آزاد
الکتروني که از اتم جدا شده و به آن بستگي ندارد.الکترون هاي بيروني‌ترين لايه‌هاي اتم هاي فلزات بستگي کمتري نسبت به اتم هاي خود دارند و با گرفتن انرژي کوچکي از اين اتم ها کنده مي‌شوند و به شکل توده‌اي از ابر يا گاز ، شبکه‌هاي اتمي فلزات را در بر مي‌گيرند.هنگامي که الکترون هاي آزاد در ميدان الکتريکي قرار گيرند، جريان الکتريکي بوجود مي‌آيد.
الکترون اوژه
الکترون اوژه نوعي الکترون آزاد است که از اتم يا يون گسيل مي‌شود. الکترون اوژه از بازآرايي الکترون هاي مقيد از اتم يا يون اوليه سرچشمه مي‌گيرد.اين بازآيي از واکنش الکترون -الکترون که مولد نيروي دافعه است و مي‌تواند بر نيروي جاذبه ناشي از برهمکنش الکترون -هسته فايق آيد، صورت مي‌گيرد.با آن همه بازآيي ياد شده تنها هنگامي مي‌تواند رخ دهد که حداقل جاي يک الکترون در تراز انرژي معين اتم يا يون اوليه خاصي باشد و در تراز با انرژي بيشتر از انرژي تهي جا حداقل دو الکترون وجود داشته باشد، يکي از الکترون هاي تراز بالاتر به تراز داراي تهي جا سقوط مي‌کند و الکترون ديگر به صورت الکترون آزاد از اتم خارج مي‌شود.
الکترون ظرفيت يا الکترون والانس
هر يک از الکترون هاي لايه خارجي اتم که در ايجاد پيوندهاي شيميايي شرکت مي‌کنند.
الکترون رسانش
اتم هاي هر فلزي با پيوندهاي کووالانسي که راستاي کاملاً مشخص ندارند و ميان چندين اتم پخش شده‌اند، به همديگر مقيد هستند.بنابراين الکترون هايي که قيدشان در ضعيف ترين حد است (الکترون ظرفيت)مي‌توانند در سراسر فلز حرکت کنند.اين الکترونهاي متحرک که الکترون رسانش ناميده مي‌شود در خواص الکتروني و انتقال گرما در فلزها دخالت دارد.
•مدل گاز آزاد فرمي:براي فلزهاي ساده مانند (pb , TI , In , GA , Al , Ba , Sr, Ca , Mg , Be , Rb , Cs , Ka , Na , Li) سهم الکترون رسانش در رسانندگي گازي از فرميونها بدون برهم کنش و با چشم پوشي از انرژي پتانسيل ناشي از بخش مرکزي يون ها ،مي‌توان محاسبه کرد.در اين مدل ، انرژي مجاز الکترون هاي رسانشي پيوسته‌اند و در انرژي فرمي ?f با يک سطح کروي فردي روبرو هستيم.
•خواص الکتروني:وقتي يک ميدان الکتريکي خارجي به فلز اعمال مي‌شود الکترون هاي رسانش شروع به شتاب گرفتن مي‌کنند.اما برخورد اين الکترون ها با ناخالصي ها به فوتون ها ، ناکاملي هاي شبکه ، حرکتشان را کند مي‌کند، اين فرآيند منجربه حالتي مانا مي‌شوند که در آن سرعت سوق براي الکترون رسانش عبارت است از: v = -eET/m
که در آن e بار الکترون ، E ميدان الکتريکي ، T زمان ميانگين بين برخورد (يا زمان واهلش) و m جرم الکترون است.
•سرعت سوق الکترون:ميانگين سرعتي که با آن الکترون ها يا يون ها ، بر اثر ميدان الکتريکي در ماده‌اي رسانا يا نيم رسانا جابجا مي‌شوند.نيم رساناهاي خالص و آلاييده داراي حامل هاي (الکترون ها و حفره‌هاي رسانش)آزادي هستند که تحت تأثير ميدان الکتريکي ممکن است در داخل جسم جابجا شوند. تعداد الکترون ها و حفره‌ها به جنس نيم رسانا و ميزان و نوع آلايش و دماي آن بستگي دارد.اما در هر نيم رساناي قابل استفاده اين تعداد معمولاً بين 1022 تا 1026 الکترون يا حفره در هر مترمکعب است.درغياب ميدان الکتريکي اين حامل ها درجهت کاتوره‌اي در جسم حرکت مي‌کنند و بنابراين جريان الکتريکي خالص بوجود نمي‌آورند.
هرگاه ميدان الکتريکي برقرار شود، بر حامل ها نيروي الکتريکي وارد مي‌شود و در جهت نيرو به آنها شتاب داده مي‌شود، که اين امر به ايجاد جريان الکتريکي مي‌انجامد.اما حامل ها با اتم ها و نقص بلور ، مانند ناخالصي ها و دررفتگي ها نيز برهم کنش و برخورد نيزدارند و اين برخوردها سبب مي شوند سرعت الکترون کاتوره‌اي شود.به اين ترتيب الکترون ها و حفره‌ها در جهت نيروي الکتريکي داراي سرعت متوسطي هستند.و اين سرعت متوسط يا سرعت سوق با توازن بين نيروي الکتريکي در زمان T فاصله زماني ميانگين بين برخوردها مشخص مي‌شود.
سرعت برخورد برابر است با Vp = eTE/m که در آن ، E ميدان الکتريکي اعمال شده بر حسب ولت متر را ، e بار الکترون و *m جرم مؤثر حامل است.
اسپين الکترون
اسپين يکي از ويژگي هاي دروني ذرات است.اسپين خاصيتي است که به غير صفر بودن تکانه زاويه‌اي ذره ساکن مربوط مي‌شود، اينکه الکترون ها داراي اسپين هستند از اهميت خاصي برخوردار است.اسپين الکترون در شيمي و در جنبه‌هايي از رفتار ماده معمولي ، به ويژه در پديده‌هاي مغناطيسي نقش اساسي ايفا مي‌کند.الکترون حامل اسپين 2/1 هسته و اين بدان معني است که براي الکترون ساکن اندازه گيري تکانه زاويه اي نسبت به يک محور مفروض به يکي از دو نتيجه ممکن ?/2 ± مي‌انجامد ? = h/2? ثابت کاهيده پلانک است.
اسپين الکترون دو پيامد نزديکي دارد:يکي اين که الکترون ها را به صورت آهن ربايي ميکروسکوپيکي در مي‌آورد، که هم ميدان مغناطيسي توليد مي‌کنند و هم در برابر ميدان مغناطيسي واکنش نشان مي‌دهند.ديگر اين که يک درجه آزادي داخلي نمي‌توانند حالت کوانتمي يکسان داشته باشند و اين خاصيتي است به فرميون بودن الکترون ها مربوط مي‌شود.
پراش الکترون
فيزيک کلاسيک ، الکترون ها را ذراتي در نظر مي‌گيرد با جرم و بار معين ، برهم کنش الکترون با ميدان هاي الکتريکي و مغناطيسي را مي‌توان بر حسب حرکت ذره توضيح داد.آزمايش هاي اوليه با لامپ پرتوي کاتودي که باريکه الکترون را فراهم مي‌آورد، نشان داد که اجسام کوچکي که در لامپ قرار داده شوند روي پرده فسفري سايه واضح مي‌اندازند.اين آزمايش با تصوير کلاسيکي الکترون به صورت ذره کاملاً سازگار است.
طول موج دوبروي الکتروني با انرژي 10000v يعني الکتروني که با پتانسيل 1000v شتاب گرفته باشد، برابر 4X10<SUP<-11< sup> متر است.چون اين مقداربسيار کوچک تر از اندازه جسم است، اثر پراش بسيار کوچک تر از آن است که ديده شود.بلافاصله بعد از اين که دوبروي اظهارنظر کرد که ماده بايد خواص موجي از خود نشان دهد، والترالساسر اعلام کرد که پراش الکترون ها بايد در سطح بلورقابل مشاهده باشد.
/س