전자

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전자
수소 원자의 이론적인 전자 밀도 분포
구성	기본입자
가족	페르미온
무리	렙톤
세대	1세대
반입자	양전자
이론	조지 존스톤 스토니(1874)
발견	J.J. 톰슨(1897)
기호	e⁻, β⁻
질량	9.109 3826(16) × 10^-31 kg 5.485 899 0945(24) × 10^-4 u 0.510 998 918(44) MeV/c
전하	-1.602 176 53(14) × 10⁻¹⁹ C
스핀	1/2

전자 (電子, electron) 는 음(-)의 전하를 띠고 있는 기본 입자이다. 원자 내부에서 양성자와 중성자로 구성된 원자핵의 주위에 분포한다.

역사

전자 탐구의 역사는 톰슨의 음극선 실험을 시작으로 지금에 이른다. 톰슨은 진공방전관을 실험하다가 0.1Pa의 낮은 기압에서의 진공방전에서 엷은 연두색의 형광빛이 생기는 것을 보았다. 또한 그 빛은 음극에서 나와 양극으로 흘러갔다. 톰슨의 실험결과는 이렇다.

음극선(cathode ray)은 직진한다.
음극선에는 운동에너지가 존재한다.
자기장이 작용할 때 휜다.
전기장이 작용할때에도 휜다.(이 때 음극선은 양극쪽으로 휘어지게 된다.)
질량을 갖고 있다.

톰슨은 이 입자의 비전하량을 측정하는 데는 성공했지만, 질량과 전하량이 각각 얼마인지는 알 수 없었다. 이후 미국의 밀리칸은 기름방울 실험을 통해 전자의 질량을 측정했다. 그가 사용한 방법은 다음과 같다.

기름방울을 서스펜션의 형태로 흩뿌린다.
전기장을 사용한다.

이로써 밀리칸은 기름방울의 전하량을 측정했고 많은 기름방울을 측정한 결과, 그 값이 대략 1.60×10^-19의 정수배값을 갖게된다는 것을 확인했다. 현재의 정밀한 기술에 의한 실험결과는 e = 1.60217733×10^-19C이다. 한편 톰슨의 공식 $e \over m$ = 1.759×10¹¹C/kg에 대입하면 전자의 질량(m=9.1093897×10^-31kg)을 구할 수 있다. 원자와 전자의 관계는 닐스 보어가 양자 역학적으로 원자를 이해하려고 시도한 이후, 헨리 모즐리의 X선 스펙트럼 실험이 뒤따르면서 구체적으로 밝혀지기 시작했다.

물리적 성질

전자는 음(-)의 전하값을 가지며 그 전하값은 -1로 놓는다. 빛 뿐 아니라 전자 역시 입자파동 이중성을 갖는다는 것이 밝혀졌고 하이젠베르크의 불확정성원리에 의하면 전자의 위치나 운동량에 대해서 확률만 알 수 있을뿐, 정확한 값은 결코 구할 수 없다 그래서 오비탈 이론에서는 전자 존재확률 90%인 경계면을 보통 원자의 경계면이라고 한다. 한편 전자기역학적으로 전자는 핵심 역할을 한다.

화학적 성질

화학에서는 주로 원자가전자에 대해 상세히 배우는데 그 이유는 원자가전자가 원자의 성질을 결정하는데 아주 중요하기 때문이다. 원자가전자가 1개이면 알칼리 금속으로 양이온이 되려고 하며 특히 할로겐과 반응을 격렬히 한다. 원자가전자가 8개이면 일원자분자 형태로 존재하고 반응을 거의 안하는데 그 이유는 옥텟 법칙에 따라 원자가전자가 8개일 때 원자가 가장 안정하기 때문이다.