Elektron

Elektron, ein elektrisch negativ geladenes Elementarteilchen, das zusammen mit Protonen und Neutronen Atome und auch Moleküle bildet.

Elektronen spielen bei einer Vielzahl von Phänomenen in der Natur eine ganz entscheidende Rolle. So lässt sich z. B. das Fließen eines elektrischen Stromes in einem Leiter durch die Bewegung von freien Elektronen in einem Leiter beschreiben. Die meisten chemischen Reaktionen laufen über Prozesse wie z. B. Elektronenabgabe (Oxidation) bzw. Elektronenaufnahme (Reduktion) ab. Bei der so genannten Wärmeleitung handelt es sich im Wesentlichen ebenfalls um eine Erscheinung, die auf der Aktivität von Elektronen beruht. In Vakuumröhren gibt eine durch den Stromfluss erhitzte Kathode einen Elektronenstrom ab. Dieser lässt sich beispielsweise zur Verstärkung oder Gleichrichtung von elektrischem Strom nutzen (siehe Gleichrichtung). Wenn ein solcher Strom zu einem genau definierten Strahl gebündelt wird, wird er Kathodenstrahl genannt (siehe Kathodenstrahlröhre). Richtet man diese Kathodenstrahlen auf geeignete Ziele, entstehen Röntgenstrahlen. Wenn sie z. B. auf den fluoreszierenden Schirm einer Fernsehbildröhre gerichtet werden, entstehen sichtbare Bilder. Die negativ geladenen Beta-Partikel, die von einigen radioaktiven Substanzen abgegeben werden, sind im Grunde genommen ebenfalls Elektronen.

Elektronen haben eine so genannte Ruhemasse von 9,109 × 10^-28 Gramm, und eine negative elektrische Ladung von 1,602 × 10^-19 Coulomb (siehe elektrische Einheiten; Elektrizität).

Auf Grund ihrer Ladung und ihres Spins besitzen Elektronen ein magnetisches Moment (abgekürzt µ). Für das Elektron berechnet sich der Betrag seines magnetischen Moments zu

µ = ge µB/2.

Bei dem Faktor g_e handelt es sich um den so genannten g-Faktor. Der Wert dieses Faktors für ein freies Elektron wird in den meisten Fachbüchern mit 2 angegeben – der exakte Wert lag im Jahr 2000 bei 2,002 319 304 377(4). Der g-Faktor für ein gebundenes Elektron ist kleiner und konnte erstmals 1999 experimentell ermittelt werden. Allgemein gibt der g-Faktor die Größe des magnetischen Moments in Vielfachen des Bohrschen Magnetons µ_B an. Das Bohrsche Magneton ist wiederum die Elementareinheit des magnetischen Moments und trägt die Dimension Ampere×Quadratmeter bzw. Joule pro Tesla (µ_B = 9,2741×10^-24 Am²).

In der Elementarteilchenphysik ordnet man die Elektronen in die Familie der Leptonen ein. Sie werden außerdem als Fermionen eingestuft, da sie einen halbzahligen Spin (½) besitzen. Unter dem Spin versteht man eine quantenmechanische Eigenschaft subatomarer Teilchen – sie gibt den Drehimpuls eines Teilchens an. Das Antimaterie-Gegenstück des Elektrons ist das Positron.

Siehe auch Radioaktivität; Elektronik; Teilchenbeschleuniger