Химическая энциклопедия

ЭЛЕКТРОН (символ е^- , е), стабильная элементарная частица с наименьшим отрицат. электрич. зарядом. Абс. величина заряда Э. e= 1,6021892 x 10^-19 Кл, или 4,803242 x 10^-10 ед. СГСЕ. Масса покоя Э. т_е = 9,109534 x 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. р-циях элементарных частиц. Примером р-ций с превращением Э. может служить аннигиляция Э. и позитрона с образованием двух-квантов:
В классич. электродинамике Э. рассматривается как частица, движение к-рой подчиняется ур-ниям 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 к-рой движение Э. подчиняется ур-нию Шрёдингера [Шредингера] для нерелятивистских явлений и ур-нию 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. св-ва в-ва. 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 окислит.-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, к-рое 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 в-вах - 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 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 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 в-ва (см. Сверхпроводники ). Управляемые потоки Э. широко используют в технике, напр. в вакуумной электронике, а создаваемые в ускорителях потоки электронов высокой энергии - в исследованиях пов-сти твердых тел. В конденсир. среде Э. может быть захвачен молекулами среды и существовать в таком состоянии длительное время, напр. в р-рах 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.