электрон

ЭЛЕКТРОН (символ e⁻, e)

стабильная элементарная частица с наименьшим отрицат. электрич. зарядом. Абс. величина заряда Э. e= 1,6021892∙10⁻¹⁹ Кл, или 4,803242∙10⁻¹⁰ ед. СГСЕ. Масса покоя Э. т_е = 9,109534∙10⁻²⁸ г. Спин Э. равен( — постоянная Планка); система Э. подчиняется статистике Ферми — Дирака (см. статистическая термодинамика). Магн. момент Э., связанный с его спином, равен −1,00116, где магнетон Бора.

Э. — первая элементарная частица, открытая в физике (Дж. Дж. Томсон, 1897); соответствующая ему античастица — позитрон е⁺ — была открыта в 1932. Э. 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). Э. могут возникать при распаде отрицательно заряженного мюона, -распаде, др. реакциях элементарных частиц. Примером реакций с превращением Э. может служить аннигиляция Э. и позитрона с образованием двух-квантов:

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

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

В химии с Э. связывают образование разл. квантовых состояний молекул. Согласно адиабатическому приближению Э. молекулы движутся в фиксир. поле ядер, которое считается внешним по отношению к системе Э. 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 Э. 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 реакции.

Ценную информацию о строении молекул в разл. квантовых состояниях дает изучение углового распределения Э., выбиваемых из молекул при разл. физ. воздействиях, напр. при облучении квантами достаточно высокой энергии либо при столкновениях с Э. (см. фотоэлектронная спектроскопия). Наличие у Э. 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 Э. связаны и различие свойств диа- и парамагнетиков в магн. поле, ферромагнетизм, антиферромагнетизм и т. д. Свойства 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 Э. широко используют в технике, напр. в вакуумной электронике, а создаваемые в ускорителях потоки электронов высокой энергии — в исследованиях поверхности твердых тел. В конденсир. среде Э. может быть захвачен молекулами среды и существовать в таком состоянии длительное время, напр. 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; Т оме он 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}