2.3: 電子の振る舞い
概要
電子は負に帯電した素粒子であり、正電荷を持つ原子核の周りの電子軌道に引き寄せられます。電子は殻と呼ばれるエネルギー準位と一体化した場所に存在し、さらに各殻内の副電子殻と電子軌道から編成されます。
電子が原子核の周囲を惑星のように回ります
電子は原子核の外側の特定の位置にあります。電子が存在する殻は、電子の一般的なエネルギー準位を表します。原子核に近い殻はエネルギーが少なく、より遠くの殻はエネルギーが多くなります。副電子殻は電子の位置とエネルギー準位をさらに正確に表し、電子軌道は電子が原子核の周囲で旋回する可能性がある領域の形状を表しています。原子核に最も近い電子は最も少ないエネルギー量を持ち、電子と原子核の距離が長くなるほど電子の運ぶエネルギー量も増加します。原子核から離れたところには、電子が軌道に乗る空間も多く、外側の殻は内側の殻より多くの電子を保持できるようになっています。原子の一番外側の電子は原子価殻に存在し、価電子と呼ばれます。これらの電子は、他の原子とイオン結合または共有結合を形成します。
電子の発見
電子は最初に発見された素粒子でした。1890 年代後半、 J. J. トムソンは電子の発見につながる陰極線管を使用し一連の実験を行いました。
陰極線管は、2 つの電極を持つガラス管で、電気を供給する電源に繋げられています。管の内部が真空に排気されており、電極に電圧をかけると、粒子の光線が負電荷の電極（陰極）から正電荷の電極（陽極）に進みます。陽極には小さな穴があり、光線が通過できるようになっています。管の反対側の端にあるリン光体コーティングは、陰極線が当たると光を放ちます。
トムソンは、正電荷と負電荷を持つ 2 つの金属板の間に陰極線を誘導し、管の遠端で光線の位置を測定しました。2 つの金属板の間を通過した光線は、負電荷の金属版からそれ、正電荷の金属板の方向へ曲がりました。同質の電荷は反発し、逆の電荷は引き寄せあうことから、陰極線を構成する粒子が負電荷を持っていることがわかりました。さらに、陰極粒子の質量対電荷比を計算する実験を行ったところ、各負電荷粒子の質量は非常に小さく、既知の原子質量の約 1/2000ほどである事が明らかになりました。したがって、トムソンは、どんな原子にも多くの電子が存在しているに違いないと結論付けました。その後、陽子と中性子の発見により、原子に存在する質量の分布と原子が全体で中性電荷である事を説明します。
