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【电子禅堂】神奇的电子

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宇宙中有无数的电子,人身体中有无数的电子,手机电脑内也有无数的电子。这么多的电子,却只有两种基本形态,一种叫“束缚电子”,一种是“自由电子”。

所谓束缚电子,是指被束缚在原子核周围的电子。它们可以亿万年一直以高速围绕原子核一直旋转,既不会飞出去,也不会坠落在原子核上。越靠近原子核电子的能量越低越稳定,越离核越远能量越高,越容易不受束缚而跑到其他地方。

因此束缚电子中有一类特别的电子,叫“共价电子”。它们是离原子核最远的外层电子,绕着一个以上的原子核旋转。这样它们会把多个原子“绞合”在一起成为分子,从而构成了丰富多彩的物质世界。比如水分子就是由一个氧原子和两个氢原子公用电子而形成的,没有水就没有生命。而构成生命的蛋白质只不过是共价键以各种形式“绞合”在一起的碳氢氧氮复合物。

电子的第二种基本形态叫自由电子:自由电子不会绕固定的核旋转,它的状态是自由的,它的前进方向完全由外界决定。它的能量是自由的,它可以被加速为高能电子。它的速度是自由的,它可以被电磁场加速或减速。

自由电子也有特例,叫“准自由电子”:金属和晶体内的电子属于准自由电子,它们只能在晶格内自由活动,而不能到达原子核占据的格点上。自由电子是我们现代科技发展的基石,电磁波靠自由电子传递,手机电脑都是靠准自由电子在金属和硅晶体中定向运动。

我们人体能形成并工作也少不了这两种电子的贡献:蛋白质氨基酸等大分子都是靠电子的共价键结合而成,属于束缚电子的功劳。而神经系统传递信息和大脑处理信息都需要自由电子来完成。

然而这么神奇的电子,却是无形无相的,从来没有人观察到电子的形状。虽然科学家测量出了电子的质量,但却测不到它的大小,它是一个无法再分的最小点。它的神奇还表现在它们毫无差别:也就是说所有的电子都是也一模一样的,找不到任何区别。 它们寿命无限:已知它们太阳系起源到泯灭都会存在。它们既快又慢:它们的飘逸速度慢的近乎龟速,但感应速度却快的可以接近光速。它们自带负电:不知道它们带电的机理,只能测量到它们都带同样大小不多不少的负电,现在科学家研究电子也有带正电的,叫“正子”,正子和电子一旦相遇就会湮灭成为光子。也即是说电子其实是光子被劈成一半形成的?谁能劈开光子呢?还是太神奇!

无论如何,向伟大而神奇的电子致敬!(大象 20171202 dianzichan.com)

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电子小档案:
电量:e=1.6×10⁻¹⁹C
质量:9.1×10⁻³¹kg
大小:接近0  
能量:5.×10⁵eV
寿命:接近无限
速度:蜗速(漂移速度)~接近光速(感应速度)
12.2完成。
向伟大而神奇的电子致敬!

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