הצגת המקור של הדף "אלקטרון"

{{להשלים|כל הערך=כן|סיבה=חסרים היבטים לרבות היסטוריה של גילוי האלקטרון וטיבו, הגילוי כי האלקטרון אינו נע סביב הגרעין ככוכב לכת, הקשר בין אלקטרון פוטון ופוזיטרון,QED|נושא=מדעי הטבע}}
{{פירוש נוסף}}
{{מידע חלקיק
| שם = אלקטרון
| שם בשפת המקור = Electron
| תמונה = [[קובץ:HAtomOrbitals.png|מרכז|250px|מסלולי אלקטרונים באטום מימן]]
| כיתוב = [[אורביטל אטומי|אורביטלים אלקטרוניים]] ראשונים של [[אטום]] [[מימן]], הנראים כקווים מצטלבים במפת חום המתארת את צפיפות ההסתברות
| הרכב = [[חלקיק יסודי]]
| סטטיסטיקה = [[פרמיון]]
| קבוצת שיוך = [[לפטון]]
| דור = ראשון
| אנטי חלקיק = [[פוזיטרון]]
| סמל = e<br>{{משמאל לימין|e<sup>-</sup>}}<br>{{משמאל לימין|β<sup>-</sup>}}
| מסה1 = {{SN|9.10938356|-31}}
| מסה2 = 0.5109989461
| מטען = {{משמאל לימין|-{{SN|1.602176634|-19}}}} C{{ש}}-1
| ספין = {{הצגת שבר|1|2}}
| מספר לפטוני = 1
| מספר באריוני = 0
| מטען צבע = 0
| אינטראקציות = [[אלקטרומגנטיות]], [[הכוח החלש]], [[כבידה]]
| קומפוזיציה =
| משך חיים = יציב
| נצפה = כן
| מגלה = [[ג'יי ג'יי תומסון]]
| ניסוי = תצפית על פעולת [[שפופרת קרן קתודית]]
| מתקן =
| מוסד = [[מעבדת קוונדיש]] של [[אוניברסיטת קיימברידג']]
| הכרה = [[פרס נובל לפיזיקה]] [http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1906 לשנת 1906]
| תאריך גילוי = 1897
}}
'''אֵלֶקְטְרוֹן''' (סימול: '''{{משמאל לימין|e<sup>-</sup>}}''') הוא [[חלקיק יסודי]] [[חלקיק תת-אטומי|תת-אטומי]]. במבנה ה[[אטום]] הבסיסי, האלקטרונים מקיפים את [[גרעין האטום]], המכיל את ה[[פרוטון|פרוטונים]] וה[[נייטרון|נייטרונים]]. [[מטען חשמלי|מטענו החשמלי]] של האלקטרון שלילי, ושווה בגודלו לזה של הפרוטון. [[מסת מנוחה|מסת המנוחה]] שלו קטנה ביחס למסת הפרוטון (יחס של כ-{{הצגת שבר|1|1836}}). האלקטרון נחשב לחלקיק יסודי, כלומר, לא ידוע על קיום מבנה פנימי שלו. האלקטרון הוא [[לפטון]] מה[[דור (פיזיקת חלקיקים)|דור]] הראשון. לאלקטרון יש [[ספין (פיזיקה)|ספין]] שערכו {{הצגת שבר|[[קבוע פלאנק המצומצם|ħ]]|2}}, ועל כן הוא [[פרמיון]], חלקיק המציית ל[[עקרון האיסור של פאולי]].

[[מוליכות חשמלית]] ב[[מוצק]]ים ובכללם במוליכים [[מתכת]]יים בהם ההולכה יעילה במיוחד, נעשית על ידי זרימה של אלקטרונים. אלקטרונים בעלי קשר חלש לגרעין ה[[אטום]] המסוגלים לעבור מאטום לאטום בהשקעה קטנה יחסית של אנרגיה ועל כן לזרום בקלות יחסית דרך המוצק תחת השפעת [[מתח חשמלי]], נקראים [[אלקטרון חופשי|אלקטרונים חופשיים]].

ב[[מכניקת הקוונטים]], האלקטרון מתואר על ידי [[משוואת דיראק]]. ב[[המודל הסטנדרטי|מודל הסטנדרטי]] של [[פיזיקת החלקיקים]], הוא יוצר זוג יחד עם [[נייטרינו]] אלקטרוני, תוך שהם מגיבים דרך [[הכוח הגרעיני החלש]]. לאלקטרון שני בני משפחה בעלי אותו מטען חשמלי: ה[[מיואון]] וה[[טאו (חלקיק)|טאו]], אך מסותיהם של בני משפחה אלה גבוהות בהרבה.

המערך האלקטרוני של אטומים ומולקולות משפיע רבות על ה[[קשר כימי|תכונות הכימיות]] של החומר. אלקטרונים הם אלו המשמשים בקשרים הבין-אטומיים והבין-מולקולריים שבחומר ורוב ה[[תגובה כימית|תגובות הכימיות]] בין חומרים מתרחשות באמצעות פעילותם של אלקטרונים.

אלקטרונים עשויים להיווצר ב[[התפרקות בטא]] של [[איזוטופ]]ים [[רדיואקטיביות|רדיואקטיביים]] ובהתנגשויות באנרגיה גבוהה, למשל, כאשר [[קרינה קוסמית]] חודרת לאטמוספירה.

ה[[אנטי-חלקיק]] של האלקטרון הוא ה[[פוזיטרון]]. לפוזיטרון ספין ומסה שווים לאלה של האלקטרון, בעוד מטענו החשמלי חיובי, כלומר, [[מספר נגדי|נגדי]] לזה של האלקטרון. כשאלקטרון ופוזיטרון נפגשים, הם [[איון (פיזיקה)|מאיינים]] זה את זה, תוך שחרור שני [[פוטון|פוטונים]] בכיוונים מנוגדים, שלכל אחד מהם אנרגיה של {{משמאל לימין|510,998.9461 eV/c<sup>2</sup>}}, כלומר, אנרגיה בתחום של [[קרינת גמא]]. אנרגיה זו שווה למסת המנוחה של האלקטרון. בתהליך כזה, שחרור של פוטון אחד איננו אפשרי, משום שהוא יהיה מנוגד ל[[תנע#חוק שימור התנע|חוק שימור התנע]]. תגובה זו נבדקה בניסויים ב[[תא ערפל|תאי ערפל]] והיא מתרחשת לעיתים קרובות ב[[מאיץ חלקיקים|מאיצי חלקיקים]] ובניסויים אחרים של [[פיזיקת חלקיקים]].

על פי הערכות מודרניות, מספר האלקטרונים ב[[היקום הנצפה|יקום הנצפה]] הוא כ-{{SN||79}}.

== היסטוריה ==
{{הפניה לערך מורחב|היסטוריה של הכימיה}}
ב[[המאה ה-5 לפנה"ס|מאה ה-5 לפני הספירה]] פיתח [[דמוקריטוס]] את מושג [[אטום|האטומים]] על מנת לפשר בין שתי אסכולות שונות שעסקו בטיבה של המציאות. על פי [[האסכולה האטומיסטית]], הישים והתופעות בטבע ניתנים לחלוקה הולכת וחוזרת עד שמגיעים לחלקיקים זעירים, להם זיזים ושקעים, המסוגלים להתחבר זה לזה. חלקיקים אלו נקראו atomos, כלומר חלקיקים שלא ניתן לחזור ולחלקם, והתורה לפיה קיימים חלקים בלתי ניתנים לחלוקה שכאלו נקראת התורה האטומיסטית. בין האטומים קיים ריק, חלל שאין בו כלום. אנשי האסכולה ניחשו את קיומם של אטומים יותר מ-2000 שנים לפני שקיומם התגלה באמצעות [[תאוריה מדעית|תאוריות מדעיות]] שהתבבסו על תצפיות וניסויים כמותניים. עם זאת לפי תומכי האסכולה האטומיסטית חשבו כי האטומים הם החלקיק הקטן ביותר.

מקור המושג "אלקטרון" הוא בגילוי של היוונים כי חומר שנקרא "[[ענבר]]" ששופשף בצמר משך אליו גופים אחרים.

בתקופה המודרנית, מספר מדענים, כגון ויליאם פראוט (William Prout) ונורמן לוקיטר (Norman Lockyr), הציעו שאטומים בנויים מיחידה יותר בסיסית, אך סברו כי היחידה הזאת תהיה בגודל של האטום הכי קטן, [[מימן]].
[[קובץ:JJ Thomson.jpg|ממוזער|טקסט=ג'וזף ג'ון תומסון|[[ג'וזף ג'ון תומסון]], מגלה האלקטרון]]
האלקטרון התגלה על ידי ה[[פיזיקאי]] [[ג'יי ג'יי תומסון]] באפריל [[1897]]. תומסון, היה הראשון להוכיח שישנו חלקיק תת-אטומי, הקטן ביותר מפי 1,000 מהאטום, חלקיק שכיום ידוע כאלקטרון. תומסון גילה זאת דרך מחקריו על [[שפופרת קרן קתודית]], בעקבות הגילוי שקרני קתודה יכולות לנוע דרך [[אטמוספירת כדור הארץ|האוויר]] הרבה יותר רחוק ממה שאפשרי לחלקיק בגודל אטומי. הוא העריך את המסה של קרני הקתודה על ידי מדידת ה[[טמפרטורה|חום]] שנפלט כאשר הקרניים פגעו בצומת תרמית והשווה זאת לסטייה של הקרניים על ידי [[שדה מגנטי]]. הניסויים שלו הציעו לא רק שקרניים קתודיות קלות ביותר מפי 1,000 מאטום המימן, אלא גם שהמסה שלהם זהה ללא תלות ב[[יסוד כימי|יסוד]] ממנו באו. הוא הסיק שהקרניים בנויות מחלקיקים מאוד קלים, בעלי מטען שלילי, חלקיקים המהווים רכיב אוניברסלי של מבנה האטומים. הוא קרא להם "גופיפים" (corpuscles),

תומסון הושפע מעבודותיהם של [[ג'יימס קלרק מקסוול]] ו[[וילהלם רנטגן]] בנושא [[שפופרת קרן קתודית]]. קדם לו ג'יי. ג'ונסון סטוני, שהעלה [[השערה (מדע)|השערה]] בדבר קיומו של האלקטרון כיחידת מידה ב[[אלקטרוכימיה]], אך תומסון הבין שהאלקטרון הוא חלקיק תת-אטומי, הראשון שנתגלה. תגליתו עוררה התרגשות בקהילה המדעית, והובילה בסופו של דבר לזכייתו ב[[פרס נובל לפיזיקה]] בשנת [[1906]].

בעקבות הגילוי של תומסון, החלו להתפתח תאוריות לגבי מבנה האטום וכן לגבי טיבם של קשרים כימיים. בשנת 1904 הציע תומסון מודל ראשון של מבנה אטום, המכונה [[מודל עוגת הצימוקים]]. לפי מודל זה האטום הוא כדור של חומר טעון חיובית ובתוכו מפוזרים האלקטרונים, כך האלקטרונים בעלי המטען השלילי מאזנים את המטען החיובי של החומר בתוכו הם נמצאים ולכן המטען הכולל של האטום הוא [[נייטרלי (חשמל)|נייטרלי]]. במודל האטומי שלו הניח תומסון ש[[קשר כימי|קשרים כימיים]] נוצרים בעזרת כוחות אלקטרוסטטיים שמועברים בין האטומים. מהנחה זאת נובע כי קשר כימי חייב להיות [[קוטביות (כימיה)|קוטבי]].
[[קובץ:Rutherford atom.svg|שמאל|ממוזער|250px|[[המודל הפלנטרי|המודל הפלנטרי של האטום]]]]

[[ארנסט רתרפורד]] ביצע את [[ניסוי רתרפורד]] שהראו שלא ייתכן שהאטום מורכב מ"מריחה" של מטען חיובי, אלא שהמטען חיובי של האטום מרוכז באזור קטן מאוד בתוך האטום ולכן יש לדחות את "מודל עוגת הצימוקים". ניסויים אלו הובילו את רתרפורד להציע את [[המודל הפלנטרי]] של האטום בשנת [[1911]]. במודל זה הוצג לראשונה הרעיון של [[גרעין האטום]].

בשנת 1913 שכלל [[נילס בוהר]] את המודל הפלנטרי של האטום והציג את [[מודל האטום של בוהר]] התוספת של בוהר הייתה כי לא כל מסלול אפשרי עבור האלקטרונים, אלא רק מסלולים שבהם ה[[תנע זוויתי|תנע הזוויתי]] של האלקטרונים מהווה כפולה שלמה של [[קבוע פלאנק|קבוע פלאנק המצומצם]] (המסומן לרוב ב-<math>\hbar</math>). מעבר האלקטרון בין מסלול למסלול (כלומר בין [[רמת אנרגיה|רמות אנרגיה]]) הוא מיידי ומלווה בפליטה או בבליעה של [[פוטון]] - מנה ([[קוונטה]]) של [[קרינה אלקטרומגנטית]].

==תכונות==
===דואליות===
{{הפניה לערך מורחב|דואליות גל-חלקיק}}
בהתאם ל[[השערת דה ברויי]], לאלקטרונים, בדומה לחלקיקים אחרים, יש הן תכונות של חלקיק והן של [[גל]]. עקב מסתם הנמוכה, תכונותיהם הגליות יכולות להימדד בניסויים שונים. קרן אלקטרונים הנורית דרך [[ניסוי שני הסדקים|שני סדקים]] לעבר מרקע, מציגה עליו תמונת [[התאבכות]]. אלקטרון הקשור לגרעין מתנהג כ[[גל עומד]].

===חשמל===
לאלקטרון [[מטען חשמלי]] של {{משמאל לימין|-{{SN|1.602176634|-19}}}} [[קולון]], דהיינו, מטען חשמלי שלילי (יחידה שלילית אחת של [[מטען יסודי]]). [[מסת מנוחה|מסת המנוחה]] של האלקטרון היא {{SN|9.10938356|-31}} [[קילוגרם]], או {{משמאל לימין|510,998.9461 eV/c<sup>2</sup>}}, שהם כ-{{הצגת שבר|1|1836}} ממסת ה[[פרוטון]].

כשאלקטרונים נעים, חופשיים מגרעיני אטומים, בכיוון מוגדר, זרימתם נקראת [[חשמל]] או [[זרם חשמלי]]. ניתן לגרום לזרימה באמצעות הפעלת [[מתח חשמלי]] בין שני קצות [[מעגל חשמלי]] דרכו מתבקשת הזרימה. ניתן למדוד מטען חשמלי בעזרת [[אלקטרומטר ליפמן|אלקטרומטר]], וזרם חשמלי ניתן למדוד בעזרת [[מד זרם]].

"[[חשמל סטטי]]", ובשמו המדויק יותר "מטען סטטי", הוא תופעה בה בצבר אטומים או מולקולות אין איזון בין מספר האלקטרונים לבין מספר הפרוטונים. כשבגוף כלשהו מספר האלקטרונים עודף על מספרם של הפרוטונים, נאמר על הגוף שהוא "טעון שלילית", ולהפך, כאשר מספר האלקטרונים קטן ממספר הפרוטונים, נאמר על הגוף שהוא "טעון חיובית". כאשר מספר האלקטרונים ומספר הפרוטונים שווה, נאמר על הגוף שהוא "נייטרלי".

===רמות עירור===
בשנת [[1913]] הציע ה[[מדען]] [[נילס בוהר]], שלאלקטרונים יש מספר רמות אנרגיה קבועות שבהן הם יכולים להימצא. הוא הסביר זאת בכך שהאנרגיה היא תוצאה של ה[[תנע זוויתי|תנע הזוויתי]] של תנועת האלקטרון, ובכך שיש מספר קבוע של מסלולים (או "קליפות") לכל סוג אטום, בהם האלקטרונים יכולים להיות, כלומר האלקטרונים נמצאים תמיד בקליפה אחת מבין מספר קליפות, וכל קליפה נמצאת במרחק קבוע מהגרעין. הרעיון דומה למרחקים הקבועים של כוכבי הלכת ב[[מערכת השמש]], ולכן יש המכנים גישה זו "הגישה הפלנטרית". כמו כן הציע בוהר שלכל אטום, אם לא הופעל עליו כוח כלשהו, ישנם אלקטרונים הנמצאים בכל אחת מרמות העירור הקבועות הללו. על ידי בליעת פוטון או תוך שחרור פוטון, יכול האלקטרון לעבור מרמת עירור אחת לשנייה. בכך הסביר בוהר את [[ספקטרום|קווי הספקטרום]] האופייניים ל[[מימן]].

בשנים מאוחרות יותר הוסבר הדבר בפירוט. אלקטרון הסופג אנרגיה מפוטון, מ[[שדה אלקטרומגנטי]] או מהתנגשות עם חלקיקים אחרים (בדרך-כלל אלקטרונים גם הם), נכנס למצב [[עירור|מעורר]]. הוא נשאר במצב זה זמן קצר ביותר, וחוזר לרמה נמוכה יותר, תוך שחרור פוטון (במקרה של אטום סתמי - ללא מטען), או תוך שחרור אלקטרון אחר (לעיתים במקרה של יון).

===מסת מנוחה של אלקטרון===
{{ערך מורחב|מסת מנוחה של אלקטרון}}

את ערכה של [[מסת מנוחה|מסת המנוחה]] של אלקטרון ניתן לחלץ מ[[קבוע רידברג]] בהצגתו השכיחה ביותר:

<math>R_{\infty} = \frac{m_{\rm e}c\alpha^2}{2h} \Rightarrow m_{\rm e} = \frac{2R_{\infty}h}{c\alpha^2}</math>

<sub><math>m_\text{e}</math>-מסת המנוחה של אלקטרון, ''α''- [[קבוע המבנה העדין]], ''h''- [[קבוע פלאנק]], ''R''<sub>∞</sub>- קבוע רידברג, ו <math>c</math>- מהירות האור בריק</sub>{{ש}}

המסה נמדדת ישירות ב[[מלכודת יונים#מלכודות פנינג|מלכודת פנינג]] (חלקיק ב[[שדה מגנטי]] קבוע ו[[שדה חשמלי]] משתנה). לערך שנמדד [[שגיאת קירוב]] הנובעת כולה משגיאת הקירוב במדידת ערכו של קבוע פלאנק{{הערה|{{קישור כללי|כתובת=https://physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html|כותרת=Fundamental Physical Constants from NIST|תאריך_וידוא=2019-12-03|אתר=physics.nist.gov}}}}.
כמו כן ניתן לחשב הערך מהספקטרומים של אטום הליום שאלקטרון שלו הוחלף ב[[אנטיפרוטון]], או ממדידות פקטור g (קבוע היחס בין ה[[מומנט מגנטי|מומנט המגנטי]] ל[[תנע זוויתי|תנע הזוויתי]] של חלקיק) ביונים ההידרוגנים <sup>12</sup>C<sup>5+</sup> ו <sup>16</sup>O<sup>7+</sup>.

מסת המנוחה של אלקטרון נאמדת בכ- <math>9.11\cdot 10^{-31} kg</math> שהם <math>5.486\cdot 10^{-4} Da</math>, ומשקילת אנרגיה-מסה <math>8.19\cdot 10^{-14} J</math> שהם <math>0.511MeV/c^2</math>.

מסת המנוחה של אלקטרון היא גם קבוע יסודי ושכיח בפיזיקה וב[[כימיה]]. מושגים רבים, שאולי המוכר שבהם הוא [[מספר אבוגדרו]], מוגדרים בעזרתה:

<math>N_{\rm A} = \frac{M_{\rm u} A_{\rm r}({\rm e})}{m_{\rm e}} </math>

===קשרים קוולנטיים וספין===
בשנת [[1916]] הציע המדען [[גילברט לואיס ניוטון]] דגם המסביר את הקשר הכימי המצוי בין אטומים בהופכם ל[[מולקולה]] בכך ששני האטומים משתפים אלקטרון ברמה החיצונית להם. ב-[[1919]] הציע המדען האמריקני אירווינג לנגמאיר פירוש לדגם של לואיס, בכך שהאלקטרונים נמצאים תמיד בצמדים בכל רמת עירור, כאשר לכל אחד מהאלקטרונים אזור אליפטי קבוע, ושהקשרים בין האטומים נוצרים על ידי שיתוף אחד עד ארבעה אזורים אלו. ב-[[1923]] השלימו וולטר הייטלר ופריץ לונדון את ההסבר בתיאור מדויק על-פי [[מכניקת הקוונטים]] שהייתה אז בחיתוליה. ב-[[1924]] הסביר המדען האוסטרי [[וולפגנג פאולי]] את המבנה הבדיד של רמות העירור האלקטרוניים בנוסחה בעלת ארבעה מקדמים, המגדירים כל מצב אנרגיה קוואנטית של האטום. לפי נוסחה זו, יכול להיות אך ורק אלקטרון אחד בכל מצב אנרגיה קוואנטית. תנאי זה נקרא מאוחר יותר "[[עקרון האיסור של פאולי]]". המקדם האחרון בנוסחה יכול לקבל שני מצבים, וההסבר הפיזיקלי לכך ניתן רק בשנת [[1927]] בידי פרופסור שמואל אברהם גודשמיד{{הערה|1=באנגלית [http://www.lorentz.leidenuniv.nl/history/spin/goudsmit.html על גילוי הספין] - גודשמיד מספר על עצמו.}} וצוותו, כאשר הציעו שלאלקטרון יש גם אנרגיה השמורה בסיבובו סביב הציר של עצמו. סיבוב זה יכול להיות באחד משני כיוונים. סיבוב זה נודע מאוחר יותר כ"[[ספין (פיזיקה)|ספין]]".

==כימיה==
האלקטרונים משמשים ליצירת [[קשר קוולנטי]], שהוא סוג של [[קשר כימי]] בין [[אטום|אטומים]]. הבסיס ליצירת קשר קוולנטי הוא הנטייה של אטומים מסוימים להגיע למצב נייטרלי בדומה לאטום [[גז אציל]] באמצעות הוספת אלקטרונים. נטייה זו מתאפיינת בתכונתם של האלקטרונים סביב האטום להתפרס ב'''[[אורביטל אטומי|אורביטלים]]''' (מסלולים), שבהם עשויים להיות שני אלקטרונים לכל היותר. ב[[רמות אנרגיה|רמת האנרגיה]] הגבוהה ביותר בכל אטום (מלבד [[מימן]] ו[[הליום]]) נמצאים ארבעה אורביטלים, שבהם עשויים להתקיים אורביטלי זוגות אלקטרונים, ואורביטלי אלקטרונים חופשיים (ראו הרחבה בערך קשר קוולנטי).

==ראו גם==
*[[קונפיגורציה אלקטרונית]]
*[[צפיפות אלקטרון]]
*[[חלקיק תת-אטומי]]
*[[פרוטון]]
*[[נייטרון]]
*[[האפקט הפוטואלקטרי]]
*[[מיון החלקיקים]]
*[[המודל הסטנדרטי]]
*[[פולריזביליות]]

==קישורים חיצוניים==
{{מיזמים|ויקימילון=אלקטרון}}
* מאתר ה-Particle Data Group
*{{דוידסון|ארז גרטי|חלקיקי החומר – האלקטרון|maagarmada/physics/חלקיקי-החומר-–-האלקטרון|4 ביולי 2011}}
* {{בריטניקה}}
* {{דף שער בספרייה הלאומית|987007540957605171|אלקטרונים}}

==הערות שוליים==
{{הערות שוליים}}

{{חלקיקים}}
{{לפטונים}}
{{המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים}}
{{בקרת זהויות}}

[[קטגוריה:אלקטרון|*]]
[[קטגוריה:כימיה פיזיקלית]]
[[קטגוריה:חלקיקים אלמנטריים]]
[[קטגוריה:לפטונים]]
[[קטגוריה:פרמיונים]]
[[קטגוריה:פיזיקה אטומית]]