電子の電荷 は、素電荷の大きさの逆数 (反対) に等しくなります。素電荷の値は約 1.602 x 10-19 クーロンであるため、これは電子の電荷が -1.602 x 10-19 であることを意味します。これは電子の電荷の簡単なバージョンですが、素電荷とは何か、それが電子の特性にどのように影響するかを調べることは有益です.
電子と元素電荷
電子は、負の素電荷を持つ亜原子粒子です。電子は、既知の部分構造や成分を持たないため、素粒子と言われています。素粒子は原子を作るもので、それ以外の素粒子はフェルミオンと呼ばれる粒子です。フェルミオンには、レプトン、ボソン、クォークが含まれます。これらの粒子は、宇宙で私たちが知っているすべてのものを構成するものです.かつて陽子や中性子は素粒子と考えられていましたが、量子論ではクォークがあることが示されています。それにもかかわらず、原子核を周回しない電子は依然として素粒子と見なされます。
電子は、陽子や中性子と同じように原子の構成要素です。電子は負の素電荷を持っていると言われ、陽子は正の電荷を持ち、中性子は電荷を持たないと考えられています。粒子の素電荷は物理定数であり、変化しない陽子と中性子の特性です。単一の陽子によって運ばれる電荷は、その素電荷であり、通常「e」と示されますが、単一の電子によって運ばれる電荷は通常「-e」と示されます。
正の素電荷の値は通常約 1.602(98)×10−19 C として与えられ、負の素電荷の値は通常 -1.602(98)×10−19 C として与えられます。素電荷の大きさは1909 年に Robert A. Millikan によって実施された油滴実験によって最初に測定されました。
ミリカンの実験
Millikan の実験には、いくつかの異なるものが含まれていました。帯電した油滴を含むエンクロージャ、均一で調整可能な電場、電場の大きさを決定できるメーター、油滴の半径を測定できるシステムです。ミリカンは、一様な電場が落下する油滴の軌道をどのように変えたかを突き止めたいと考えていました。ミリカンは、物質の寸法と密度を知っていれば、重力が物質に及ぼす力と質量 (重量) を簡単に計算できることを理解していました。結局のところ、重さは単に質量×重力です。それでも彼は、帯電した油滴が重力に対してどのように異なる反応を示すかについて興味を持っていました.
油滴が重力のみにさらされている場合は自由落下しますが、油滴が帯電している場合は別のことが起こります。油滴が均一な電場に放たれると、油滴の軌道は電場の大きさと方向に応じて変化します。
電場内の力が重力の影響とは反対の方向に向けられていると仮定すると、液滴の下降速度は影響を受ける可能性が高く、減少する可能性があります。ある時点で、滴の下向きの速度は上向きの力と等しくなり、粒子は速度がゼロに近づくにつれて空中に浮遊したままになります。この時点で、単一の粒子に対する電場の影響を計算することにより、電荷を導き出すことができます。この計算を行うために必要なのは、各粒子の重量と電場の大きさを知ることだけです。
ミリカンと彼の同僚は、実験をやり直し、結果の変化に注目するだけで、単一粒子の電荷を決定することに取り組みました。彼らは最終的に、科学者が今日使用している値に非常に近い (1% 以内) 電子の素電荷の値を取得することができました。
原子の構造
前述したように、原子は電子、陽子、中性子からできています。陽子と中性子は電子よりもかなり重くて大きく、一緒になって原子の中心に位置し、原子核を作り出します。電子は、「電子雲」と呼ばれる構造で原子核を一周します。電子雲は原子核に比べて非常に広がっており、半径は原子核の半径の約 10,000 倍です。また、電子は陽子よりもはるかに質量が小さく、1 つの陽子は電子の重量の約 1800 倍です。
原子は常に電子の数と同じ数の陽子を持っています。中性子の数は、陽子の数とまったく同じであることがよくあります。中性子が原子に追加されると、その原子のより大きなバージョンである同位体が形成されます。対照的に、陽子を原子に導入すると、原子は新しい元素に変わります。
原子が持つ陽子の数によって、その原子がどの元素であるかが決まります。たとえば、酸素原子には 8 つの陽子がありますが、炭素原子には 6 つの陽子があり、水素原子には 1 つの陽子しかありません。 (陽子数は、元素の周期表で元素の原子番号を決定するものです。)
電子は原子核の周りを回っています。電子は殻として知られる層で原子核を周回し、原子の最も外側の殻は原子価殻と呼ばれます。この原子価シェルは通常、化学に関して考慮することが重要な唯一のシェルです。化学者は、特定の元素の原子が持つ特性 (導電率、安定性、沸点など) を予測するために、電子の位置を考慮して、原子の電子の配置を使用する必要があります。
中性子は電荷を持たないため、電子と陽子の両方の質量を決定するのに適した基準点になります。中性子の質量は約 1.6749×10-27 kg です。中性子の存在は、原子がベリリウムのシートに向けて発射され、その行為が中性子を放出する実験中に確認されました。中性子は、水素-1 の原子を除くすべての原子の原子核に位置しています。中性子の質量は、陽子の質量よりわずかに大きいだけです。
