Ελεύθερο ηλεκτρόνιο

Ελεύθερα ηλεκτρόνια θεωρούνται ηλεκτρόνια της εξωτερικής στιβάδας (τελευταίας), του πυρήνα του ατόμου τα οποία σε ορισμένα στοιχεία δε είναι δεσμευμένα αποκλειστικά με ένα άτομο, αλλά κυκλοφορούν ελεύθερα, δίνοντας ως αποτέλεσμα ηλεκτρική αγωγιμότητα σε αυτά τα υλικά.

Λόγω της μεγάλης απόστασης, η επ΄ αυτών ασκούμενη έλξη των πρωτονίων του πυρήνα είναι ασθενέστατη με συνέπεια τα ηλεκτρόνια αυτά, (της εξωτερικής στιβάδας), να ξεφεύγουν από την τροχιά τους και να εισέρχονται σε τροχιά πέριξ άλλου πυρήνα παραπλήσιου ατόμου και να γυρνούν ελεύθερα.

Το γεγονός αυτό δεν συνεπάγεται απαραίτητα και την αλλαγή της σύνθεσης του ατόμου ή της ηλεκτρικής κατάστασης του σώματος, αφού κατά τον ίδιο τρόπο ηλεκτρόνια παραπλήσιων ατόμων αποκαθιστούν την ισορροπία εναλλασσόμενα με άλλα, με παρόμοια συμπεριφορά.
Αυτά λοιπόν τα συνδεδεμένα χαλαρά με τον πυρήνα ηλεκτρόνια χαρακτηρίζονται ελεύθερα ηλεκτρόνια, τα οποία είναι δυνατόν υπό την επίδραση εξωτερικής δύναμης να πειθαρχήσουν την ακατάστατη κίνησή τους μέσα στο σώμα που φέρονται. Μιά τέτοια εξωτερική δύναμη είναι η γνωστή μπαταρία που φέρει ένα θετικό και έναν αρνητικό ακροδέκτη.

Είναι γνωστά περί τα 100 είδη ατόμων που παρουσιάζουν ελεύθερα ηλεκτρόνια. Στα ελεύθερα ηλεκτρόνια βασίζεται το φαινόμενο του ηλεκτρικού ρεύματος καθώς και ο καθορισμός των αγωγών, των ημιαγωγών, και των μονωτών.

Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια είναι η αιτία της ηλεκτρικής αγωγιμότητας, υπεραγωγιμότητας και των δινορευμάτων. Σε ένα υλικό τα ελεύθερα ηλεκτρόνια μπορεί να είναι τόσα πολλά, ώστε να γίνεται λόγος για θάλασσα ελευθέρων ηλεκτρονίων. Η κίνηση και θέση των ελεύθερων ηλεκτρονίων ευθύνεται επίσης και για την κατανομή του φορτίου σε ένα φορτισμένο σώμα. Η κατανομή σταθεροποιείται σε τέτοια κατανομή, ώστε η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο οποιωνδήποτε σημείων του σώματος να είναι μηδέν. Αυτό παραβιάζεται όταν υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας σε δύο διαφορετικές περιοχές του ίδιου αγώγιμου μέσου, όπου κατά αναλογία με τη θερμική διαστολή και την άνωση, τα ηλεκτρόνια τείνουν να έχουν την ίδια πυκνότητα σε όλο το μέσο. Έτσι, παράγεται μακροσκοπικά διαφορά δυναμικού.

Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια μπορούν να αποσπαστούν από ένα σώμα με ηλεκτρικό πεδίο, όπως συμβαίνει σε καθοδικούς σωλήνες και στις ακτινογραφίες.

Πηγές

• Ναυτικά ηλεκτρονικά όργανα, σ.4 - Θ.Μ. Πουλάκη - Αθήνα 1970