главная > справочник > химическая энциклопедия:

Электрон

Электрон (символ е^- , е), стабильная элементарная частица с наименьшим отрицат. электрич. зарядом. Абс. величина заряда электрона e= 1,6021892 x 10^-19 Кл, или 4,803242 x 10^-10 ед. СГСЕ. Масса покоя электрона т_е = 9,109534 x 10^-28 г. Спинэлектрона равен ( -постоянная Планка); система электрона подчиняется статистике Ферми - Дирака (см. Статистическая термодинамика). Магн. момент электрона, связанный с его спином, равен -1,00116 , где магнетон Бора.

Электрон - первая элементарная частица, открытая в физике (Дж. Дж. Томсон, 1897); соответствующая ему античастица -позитрон е⁺ - была открыта в 1932. Электрон относится к классу лептонов, т. е. частиц, не проявляющих сильного взаимодействия, в то же время он участвует в электромагнитном, слабом и гравитационном взаимодействиях (см. Элементарные частицы). Электрон могут возникать при распаде отрицательно заряженного мюона. -распаде, др. реакциях элементарных частиц. Примером реакций с превращением электрона может служить аннигиляция электрона и позитрона с образованием двух -квантов:

В классич. электродинамике электрон рассматривается как частица, движение которой подчиняется ур-ниям Лоренца-Максвелла. Сформулировать понятие "размер электрона" можно лишь условно, хотя величину r₀ = е²/т_ес² и принято наз. классич. радиусом электрона. Описание поведения электрона в потенц. полях, отвечающее эксперим. данным, удалось дать лишь на базе квантовой теории, согласно которой движение электрона подчиняется ур-нию Шрёдингера для нерелятивистских явлений и ур-нию Дирака для релятивистских (см. Квантовая механика). Вычисляемые в релятивистской квантовой теории характеристики электрона, например магн. момент, с чрезвычайно высокой точностью совпадают с их эксперим. значениями.

Электроны входят в состав всех атомов и молекул; они определяют многие оптич., электрич., магн. и хим. свойства вещества. Удаление электрона из нейтрального атома или молекулы на бесконечность приводит к появлению положит. иона. присоединение электрона - к отрицат. иону; миним. энергия, необходимая для удаления электрона либо выделяющаяся при присоединении электрона,- важная характеристика частицы, определяющая ее окислит.-восстановит. способность (см. Потенциал ионизации. Сродство к электрону).

В химии с электроном связывают образование разл. квантовых состояний молекул. Согласно адиабатическому приближению электрон молекулы движутся в фиксир. поле ядер, которое считается внешним по отношению к системе электрона. Возникновение хим. связи между атомами обусловлено более сильным понижением электронной энергии системы при сближении атомов по сравнению с увеличением энергии отталкивания ядер. Анализ энергии системы электронов при разл. геом. конфигурациях ядер (см. Поверхность потенциальной энергии)позволяет судить о наиб. стабильных (равновесных) конфигурациях молекул, относит. стабильности разл. конформеров, колебат.-вращат. уровнях для каждого из электронных состояний и, что весьма важно,- о возможных путях и механизмах превращений хим. соед. (см. Реакционная способность). Распределение электронной плотности в веществах - реагентах и изменение этого распределения при хим. взаимод. учитывается при изучении динамики элементарного акта р-ции.

Ценную информацию о строении молекул в разл. квантовых состояниях дает изучение углового распределения Электрон, выбиваемых из молекул при разл. физ. воздействиях, например при облучении квантами достаточно высокой энергии либо при столкновениях с электроном (см. Фотоэлектронная спектроскопия). Наличие у электрона спина, приводящее к существованию электронных состояний молекул разл. мультиплетности, и связанного со спином магн. момента позволяет изучать расщепление мультиплетных состояний в магн. поле (см. Электронный парамагнитный резонанс). Со спином электрона связаны и различие св-в диа- и парамагнетиков в магн. поле, ферромагнетизм, антиферромагнетизм и т.д. Св-ва мн. материалов, в частности металлов и им подобных соед., определяются системой электронов, образующих своего рода электронный газ (см. Металлическая связь). С коллективными состояниями системы электронов связано возникновение сверхпроводящего состояния вещества (см. Сверхпроводники). Управляемые потоки электронов широко используют в технике, например в вакуумной электронике, а создаваемые в ускорителях потоки электронов высокой энергии - в исследованиях пов-сти твердых тел. В конденсир. среде электрон может быть захвачен молекулами среды и существовать в таком состоянии длительное время, например в растворах щелочных металлов в аммиаке в отсутствие кислорода - в течение неск. месяцев (см. Сольватированный электрон).

Лит.: Андерсон Д., Открытие электрона, пер. с англ., М., 1968; Томcон Г. П., "Успехи физ. наук", 1968, т. 94, в. 2, с. 361-70; Бейзер А., Основные представления современной физики, пер. с англ., М., 1973; Салем Л., Электроны в химических реакциях, пер. с англ., М., 1985; Пономарев Л.И., Под знаком кванта, 2 изд., М., 1989.

© Н. Ф. Степанов.