électron.

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électron. n.m., particule élémentaire fondamentale, de la classe des leptons. Elle
fut découverte par sir Joseph John Thomson en 1895 sous la forme de rayons
cathodiques. L'électron fut la première particule élémentaire à être identifiée. C'est la
plus légère des particules ayant une charge électrique : sa masse vaut m e = 9 ,1 .10 -31
kg, soit 1/1836 la masse du proton. Sa charge représente la charge élémentaire : qe =
- 1 ,602 .10 -19 C, dont la mesure précise fut réalisée par Robert Andrews Millikan en
1909 : des gouttelettes d'huile chargées se déplacent sous l'effet conjugué de leur poids
et d'un champ électrostatique. Connaissant le diamètre des gouttes et leur vitesse, on
mesure des charges qui sont des multiples de la charge élémentaire.
L'électron a une importance considérable. Il représente la contribution de charge
négative à la matière ordinaire (généralement neutre), le proton étant la contribution
positive, et le neutron, la contribution neutre. La matière est constituée d'atomes dont
les propriétés chimiques sont presque entièrement déterminées par leur nombre
d'électrons. Les interactions entre atomes rendent possible la formation de liaisons
chimiques donnant des molécules, puis la condensation éventuelle d'atomes ou de
molécules en liquides ou solides. Enfin, la mobilité des électrons dans les solides a des
conséquences directes sur leurs propriétés électriques, thermiques et optiques.
Les électrons contribuent au volume de la matière ordinaire. Le volume d'un atome
est presque entièrement occupé par le nuage électronique entourant le noyau, lequel
n'occupe que 10 -13 du volume total. En 1924, Louis de Broglie introduisit la notion de la
nature ondulatoire de l'électron. Les investigations de Werner Heisenberg, Wolfgang
Pauli et Erwin Schrödinger établirent les bases de la mécanique quantique. Il en résultait
que les propriétés chimiques de l'atome sont dictées par la nature précise des orbitales
électroniques autour du noyau. L'ancien modèle atomique de Niels Bohr, selon lequel un
électron ponctuel circule autour du noyau, mouvement analogue au mouvement
planétaire autour du Soleil, fut définitivement abandonné.
La théorie quantique des électrons dans les atomes fut rapidement appliquée aux
systèmes plus complexes tels que les molécules et les solides. Ces développements ont
permis une vaste compréhension du rôle fondamental de l'électron dans les propriétés
optiques, électriques, magnétiques, thermiques et mécaniques de la matière.
En 1925, George Eugene Uhlenbeck et Samuel Abraham Goudsmit émirent
l'hypothèse que, outre sa masse et sa charge, l'électron possède une autre
caractéristique : son moment cinétique intrinsèque, ou « spin «. Le spin de l'électron
vaut exactement ? / 2 ( ? étant la constante de Planck divisée par 2 Y), ce qui donne un
moment magnétique de 9,28 .10 -24 joule par tesla. Nous savons maintenant que toutes
les particules élémentaires ont un spin s = n? / 2, les bosons correspondant à une
valeur paire de n, et les fermions à une valeur impaire. Les fermions, tels que l'électron,
obéissent au principe de Pauli : une orbitale ne peut accepter que deux électrons de
spins opposés. Un troisième électron serait complètement repoussé. L'impénétrabilité
de la matière est largement due à ce phénomène.
Les électrons peuvent toutefois quitter la matière dans certaines conditions. Si on
porte à incandescence une cathode métallique placée dans le vide, ils la quittent par
effet thermoélectronique. Les électrons se dirigent ensuite vers l'anode. Ils peuvent
aussi être accélérés et focalisés : c'est le principe utilisé dans un canon à électrons. Dans
l'effet photoélectrique, c'est un rayonnement électromagnétique incident sur la surface
de la cathode qui éjecte les électrons. Enfin, une cathode en forme de pointe fine,
plongée dans le vide, peut émettre des électrons sous l'effet du seul champ électrique :
il s'agit d'émission de champ.
Les électrons peuvent aussi être produits par des processus radioactifs : c'est le cas,
par exemple, du rayonnement b-. La désintégration de particules instables, qui donne
naissance à des produits parmi lesquels figure l'électron, a montré que celui-ci est

parfaitement stable.
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