Gedrag van elektronen

Elektronen zijn negatief geladen subatomaire deeltjes die worden aangetrokken tot en rond de positief geladen kern van een atoom. Ze bevinden zich in ruimtes die geassocieerd worden met energieniveaus die shells worden genoemd, en zijn verder georganiseerd in subshells en orbitalen binnen elke shell.

Elektronen draaien om de kern

Elektronen worden gevonden op specifieke locaties buiten de kern. De shell waarin een elektron zich bevindt, geeft het algemene energieniveau van het elektron aan: dichter bij de kern, hebben minder energie, terwijl die verder weg, meer energie hebben. Het subshell omschrijft de locatie en het energieniveau van het elektron nauwkeuriger, en het orbitaal beschrijft de vorm van een gebied van waarschijnlijkheid, waarin een elektron om de kern draait. De elektronen die het dichtst bij de kern staan, hebben de minste hoeveelheid energie, en naarmate hun afstand tot de kern toeneemt, neemt ook de hoeveelheid energie die het elektron draagt toe. Verder van de kern is er meer ruimte voor elektronen om in banen te draaien, zodat de buitenste schillen meer elektronen kunnen bevatten, dan de binnenste schillen. De buitenste elektronen van een atoom bevinden zich in de valentieschil en worden valentie-elektronen genoemd. Deze elektronen kunnen ionische en covalente bindingen vormen met andere atomen.

Het ontdekken van het elektron

In het einde van de 19e eeuw deed J.J. Thomson een reeks experimenten met behulp van kathodestraalbuizen, die zouden leiden tot de ontdekking van het elektron, het eerste subatomaire deeltje. Een kathodestraalbuis is een glazen buis met twee elektroden die verbonden zijn met een stroombron, die elektriciteit levert. Een vacuüm verwijdert het grootste deel van de lucht uit het binnenste van de buis. Wanneer de spanning wordt toegepast over de elektroden, reist een bundel deeltjes van de negatief geladen kathode naar de positief geladen elektrode, de anode. De anode heeft een klein gaatje zodat de stralen er doorheen kunnen gaan. Een fosforcoating aan het tegenovergestelde einde van de buis licht op wanneer de kathodestralen erop terechtkomen.

Thomson richtte de kathodestraal tussen twee metalen platen, één met een positieve lading en één met een negatieve lading, en mat de positie van de straal aan het eind van de buis. Wanneer de straal tussen de twee platen door ging, werd deze afgebogen van de negatief geladen plaat en boog in de richting van de positief geladen plaat. Omdat gelijke ladingen elkaar afstoten en tegengestelde ladingen elkaar aantrekken, duidde dit erop dat de deeltjes in de kathodestraal, een negatieve lading hadden.

Verdere experimenten om de massa-ladingverhouding van de kathode-deeltjes te berekenen, onthulden dat de massa van elk negatief geladen deeltje ongeveer 1/2000 van de massa van elk bekend atoom was. Vanwege deze ontdekking concludeerde Thomson dat er veel elektronen aanwezig moeten zijn in een willekeurig gegeven atoom. Later zou de ontdekking van protonen en neutronen de verdeling van de massa van een atoom en de algemene neutrale lading verklaren.

Deze tekst is aangepast van Openstax, Chemistry 2e, Section 6.3: Development of quantum theory.