อิเล็กตรอนคืออะไร?
อิเล็กตรอน
อิเล็กตรอน (English: electron) (สัญลักษณ์ e-) เป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเป็นลบ ไม่มีใครรู้จักส่วนประกอบหรือโครงสร้างพื้นฐานของมัน; ในคำกล่าวอื่น ๆ เช่น คาดกันโดยทั่วไปว่ามันจะเป็นอนุภาคที่เป็นมูลฐาน อิเล็กตรอนมีมวลที่เป็นประมาณ 1/18636 เท่าของโปรตอน โมเมนตัมเชิงมุมภายใน (สปิน) ของอิเล็กตรอนเป็นค่าครึ่งจำนวนเต็มในหน่วยของ ħ ซึ่งหมายความว่ามันเป็น เฟอร์เมียน (fermion) ปฏิยานุภาคของอิเล็กตรอนเรียกว่าโพซิตรอน มันเป็นเหมือนกันกับอิเล็กตรอนยกเว้นแต่ว่าจะมีค่าประจุไฟฟ้าและอื่น ๆ ที่มีลักษณะตรงกันข้าม เมื่ออิเล็กตรอนชนกันกับโพซิตรอน อนุภาคทั้งสองอาจกระจัดกระจายออกจากกันและกัน หรือถูกประลัย (annihilate)โดยสิ้นเชิง การผลิตคู่ (หรือมากกว่านั้น) เกิดขึ้นจากโฟตอนรังสีแกมมา อิเล็กตรอน ซึ่งถือเป็นรุ่นแรกของตระกูลอนุภาคเลปตอน (lepton) มีส่วนร่วมในแรงโน้มถ่วง มีปฏิสัมพันธ์กับแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงแบบอ่อน อิเล็กตรอนเช่นเดียวกับสสารทั้งหมด มีคุณสมบัติทางกลศาสตร์ควอนตัมของทั้งคู่อนุภาคและคลื่น วิ่งอยู่รอบๆ นิวเคลียสตามระดับพลังงานของอะตอมนั้นๆ โดยส่วนมากของอะตอม จำนวน อิเล็กตรอน ในอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีเท่ากับจำนวน โปรตอน เช่น ไฮโดรเจนมีโปรตอน 1 ตัว และอิเล็กตรอน 1 ตัว ฮีเลียมมีโปรตอน 2 ตัว และอิเล็กตรอน 2 ตัว
ผลกระทบฮอลล์
คุณลักษณะหนึ่งที่สำคัญมากของผลกระทบฮอลล์ก็คือว่ามันสร้างความแตกต่างระหว่างประจุบวกที่เคลื่อนที่ในทิศทางหนึ่งและประจุลบที่จะเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้าม ผลกระทบฮอลล์ได้นำเสนอหลักฐานจริงครั้งแรกว่ากระแสไฟฟ้าในโลหะถูกนำพาโดยอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ ไม่ใช่โดยโปรตอน ผลกระทบฮอลล์ยังแสดงให้เห็นด้วยว่าในสารบางอย่าง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสารกึ่งตัวนำแบบ P) มันจะเหมาะสมกว่าที่จะคิดว่ากระแสเป็นการเคลื่อนที่ของ "โฮล" ที่เป็นบวก แทนที่จะเป็นการเคลื่อนที่โดยอิเล็กตรอนที่เป็นลบ แหล่งทั่วไปของความสับสนเกี่ยวกับผลกระทบฮอลล์ก็คือว่าโฮลจะเคลื่อนที่ไปทางซ้ายแต่ที่จริงๆแล้วอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปทางขวา ดังนั้นใครคนหนึ่งคาดว่าจะเห็นค่าสัมประสิทธิ์ฮอลล์มีเครื่องหมายเดียวกันทั้งอิเล็กตรอนและโฮล อย่างไรก็ตามความสับสนนี้สามารถแก้ไขได้โดยทฤษฎีควอนตัมกลที่ทันสมัย​​ของการขนส่งในของแข็ง[6] อะตอม
สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นโดยอะตอม (หรือโมเมนต์แม่เหล็กของมัน) สามารถนิยามได้จากรูปแบบที่แตกต่างกันของโมเมนตัมเชิงมุม ว่าเป็นวัตถุมีประจุที่กำลังหมุนรอบตัวเองและสร้างสนามแม่เหล็กออกมา อย่างไรก็ดี คุณลักษณะอันโดดเด่นที่สุดก็เกิดขึ้นมาจากสปิน โดยธรรมชาติของอิเล็กตรอนแล้ว มันจะเป็นไปตามหลักการกีดกันของเพาลี กล่าวคือ ไม่มีทางที่จะพบอิเล็กตรอน 2 ตัวอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกันได้ อิเล็กตรอนที่เป็นคู่จะอยู่ตรงกันข้ามกัน ถ้าสมาชิกหนึ่งอยู่ในสถานะสปินขึ้น อีกตัวจะอยู่ในสถานะตรงกันข้าม คือสปินลง ดังนั้นค่าสปินทั้งสองจะหักล้างกันเอง ทำให้ลดแรงแม่เหล็กสองขั้วลงเป็นศูนย์สำหรับอะตอมบางตัวที่มีจำนวนอิเล็กตรอนเป็นเลขคู่[86] ไฮโดรเจน
ระดับพลังงานของไฮโดรเจนสามารถคำนวณได้จากแบบจำลองอะตอมของบอร์ ซึ่งได้ลงรายละเอียดเกี่ยวกับอิเล็กตรอนที่วิ่งไปรอบๆโปรตอนเหมือนกับที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ ถึงอย่างนั้น แรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่เชื่อมระหว่างโปรตอนและอิเล็กตรอนกับอะตอมไฮโดรเจนอื่น ขณะที่ดาวเคราะห์และเทหวัตถุในอวกาศเชื่อมกับวัตถุอื่นโดยแรงโน้มถ่วง เนื่องด้วยการแบ่งของโมเมนตัมเชิงมุม ซึ่งถูกตั้งสมมติฐานไว้ในกลศาสตร์ควอนตัมโดยบอร์ อิเล็กตรอนในแบบจำลองของบอร์เท่านั้นที่สามารถรักษาระยะห่างจากโปรตอนไว้ได้ ด้วยพลังงานบางชนิด อิเล็กโทรไลต์
ในทางสรีรวิทยา จะมีไอออนเบื้องต้นคือ โซเดียม โพแทสเซียม แคลเซียม แมกนีเซียม คลอไรด์ ฟอสเฟต และไบคาร์บอเนต กระแสไฟฟ้า
กระแสไฟฟ้า  (I)  เกิดขึ้นจากการไหลของอิเล็กตรอน   ผ่านวัสดุชนิดหนึ่งนั่นคือการถ่ายโอนประจุไฟฟ้า  อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ถ้าอยู่ในสนามไฟฟ้า   ซึ่งสร้างความต่างศักย์ไฟฟ้า ระหว่างสองบริเวณเพราะฉะนั้น  ความต่างศักย์ไฟฟ้า  จึงจำเป็นในการทำให้เกิดกระแสไฟฟวงจรไฟฟ้า  เป็นวงจรปิดประกอบด้วยแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า และอุปกรณ์อื่นๆ  ที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน 
ระบบไฟฟ้าแบ่งออกได้เป็น 2 ระบบ ดังนี้  ประจุไฟฟ้า
แบบจำลองของแฟรงกลินและวัตสันนั้นใกล้เคียงกับแบบจำลองในปัจจุบันซึ่งมีความซับซ้อนมากกว่า ในปัจจุบันเราทราบว่าสสารนั้นจริงๆ แล้วประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุอยู่หลายชนิด เช่น โปรตอน และอิเล็กตรอน และ[[กระแสไฟฟ้า]]นั้นก็เกิดได้หลายแบบ เช่น เกิดจากการไหลของอิเล็กตรอน เกิดจากการไหลของสิ่งที่เรียกว่าโฮล (ของอิเล็กตรอน) ซึ่งทำตัวเสมือนประจุบวก และในสารละลาย[[อิเล็กโตรไลท์]]นั้น เกิดจากการไหลของอนุภาคที่เรียกว่า[[อิออน]] สองชนิดคือ อิออนบวก และอิออนลบ เพื่อความสะดวกในการทำงาน ผู้ที่ทำงานเกี่ยวกับไฟฟ้าในปัจจุบันนั้นก็ยังใช้แบบจำลองกระแสไฟฟ้าของแฟรงกลิน โดยจำลองกระแสไฟฟ้าเป็นการไหลของประจุบวกเท่านั้น ([[กระแสแบบดั้งเดิม]]) ถึงแม้แบบจำลองอย่างง่ายนี้ช่วยลดความซับซ้อนในการทำความเข้าใจหลักการทางไฟฟ้าและการคำนวณต่างๆ แต่ก็ทำให้มองข้ามข้อเท็จจริงที่ในสารตัวนำบางชนิด เช่น อิเล็กโตรไลท์ [[สารกึ่งตัวนำ]] [[พลาสมา]] เป็นต้น นั้นมีการไหลของอนุภาคที่มีประจุอยู่หลายประเภท และนอกจากนั้นแล้ว ทิศทางการไหลของกระแสแบบดั้งเดิมนี้ ก็สวนทางกับทิศทางการไหลของอิเล็กตรอนในโลหะซึ่งใช้เป็นตัวนำ ซึ่งทำให้เกิดความสับสนสำหรับผู้เริ่มศึกษาอิเล็กทรอนิกส์ ไฟฟ้า
กระบวนการที่ยอมกระแสไฟฟ้าไหลผ่านวัสดุเรียกว่าการนำไฟฟ้า และธรรมชาติของมันสามารถแปรไปตามธรรมชาติของอนุภาคที่มีประจุและวัสดุที่อนุภาคเหล่านั้นจะไหลผ่าน ตัวอย่างของกระแสไฟฟ้าจะรวมถึงการนำกระแสของโลหะเมื่ออิเล็กตรอนไหลไปในตัวนำเช่นโลหะ อีกตัวอย่างหนึ่งคือการแยกสลายด้วยไฟฟ้าเมื่อไอออน (อะตอมที่มีประจุ) ไหลผ่านของเหลวหรือผ่านพลาสมาเช่นสปากของไฟฟ้า ในขณะที่อนุภาคเองสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างเชื่องช้า บางครั้งด้วยความเร็วลอยเฉลี่ยเพียงเศษของมิลิเมตรต่อวินาทีเท่านั้น[24]:17 สนามไฟฟ้าที่ขับพวกมันนั้นตัวมันเองแผ่กระจายที่ความเร็วใกล้กับความเร็วแสง เปิดโอกาสให้สัญญาณไฟฟ้าสามารถผ่านไปได้อย่างรวดเร็วไปตามเส้นลวด[33] กระแสไฟฟ้า
ผลที่ตามมาของธรรมเนียมปฏิบัตินี้ก็คือ อิเล็กตรอนซึ่งเป็นพาหะของประจุในลวดโลหะและชิ้นส่วนอื่น ๆ ส่วนใหญ่ของวงจรไฟฟ้า จะไหลในทิศทางตรงข้ามกับ'การไหลของกระแสตามธรรมเนียมปฏิบัติ' () ในวงจรไฟฟ้า แบตเตอรี่
แบตเตอรี่แปลงพลังงานเคมีให้เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง แบตเตอรี่ประกอบด้วยเซลล์แบบโวลตาได้มากกว่าหนึ่งเซลล์ แต่ละเซลล์ประกอบด้วยสอง ครึ่งเซลล์ ที่เชื่อมต่อเรียงกันเป็นแถวโดยสารอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าที่มีไอออนที่มีประจุลบ () และไอออนที่มีประจุบวก () ครึ่งเซลล์หนึ่งตัวจะมีอิเล็กโทรไลต์และขั้วลบ (อิเล็กโทรดที่แอนไอออนวิ่งเข้าหา); อีกครึ่งเซลล์หนึ่งจะมีอิเล็กโทรไลต์และขั้วบวก (อิเล็กโทรดที่แคทไอออนวิ่งเข้าหา Redox ปฏิกิริยา Redox เป็นตัวให้พลังงานกับแบตเตอรี่ แคทไอออนจะลดลง (อิเล็กตรอนมีการเพิ่ม) ที่แคโทดระหว่างการชาร์จประจุ ในขณะที่แอนไอออนจะถูกออกซิไดซ์ (อิเล็กตรอนจะถูกลบออก) ที่ขั้วบวกระหว่างการชาร์จ ในระหว่างการดีสชาร์จกระบวนการจะเป็นตรงกันข้าม ขั้วไฟฟ้าทั้งสองไม่ได้สัมผัสกัน แต่เชื่อมต่อทางไฟฟ้าโดย อิเล็กโทรไลต์ เซลล์บางตัวใช้อิเล็กโทรไลต์แตกต่างกันสำหรับแต่ละครึ่งเซลล์ ตัวคั่นช่วยให้ไอออนไหลระหว่างครึ่งเซลล์ แต่จะช่วยป้องกันการผสมของอิเล็กโทรไลต์ทั้งสองด้าน ฉนวนไฟฟ้า
ฉนวนไฟฟ้า () หรือบ้างก็เรียกว่า ไดอิเล็กทริก () คือวัสดุที่มีคุณสมบัติในการกีดกั้นหรือขัดขวางการไหลของกระแสไฟฟ้าหรือวัสดุที่กระแสไฟฟ้าไม่สามารถไหลผ่านได้ ฉนวนที่ดีจะต้องสามารถป้องกันตัวนำไฟฟ้าจากความร้อนหรือของเหลวที่สามารถกัดกร่อนตัวนำไฟฟ้า และสามารถกันน้ำได้ดี ฉนวนที่ใช้หุ้มตัวนำไฟฟ้าต้องมีความต้านทานสูง ต้องไม่ถูกกรดหรือด่างกัดกร่อนได้ตั้งแต่อุณหภูมิ 0 ถึง 200 องศาฟาเรนไฮต์ และต้องไม่ดูดความชื้นในอากาศ ตัวนำไฟฟ้า
ในวัสดุโลหะนำไฟฟ้า เช่น ทองแดงหรืออะลูมิเนียม อนุภาคประจุเคลื่อนที่ได้ คือ อิเล็กตรอน ประจุบวกยังอาจเคลื่อนที่ได้เช่นกัน เช่น อิเล็กโทรไลต์แคทไอออนของแบตเตอรี หรือโปรตอนเคลื่อนที่ในตัวนำโปรตอนของเซลล์เชื้อเพลิง ส่วนฉนวนเป็นวัสดุไม่นำไฟฟ้าโดยมีประจุเคลื่อนที่น้อย และสนับสนุนกระแสไฟฟ้าที่มีขนาดเล็กน้อย เวเลนซ์อิเล็กตรอน
เวเลนซ์อิเล็กตรอนแบบอะตอมฮีเลียม แบบฮีเลียม (He) นี้ แสดง 2 เวเลนซ์อิเล็กตรอน อยู่ในชั้นนอกสุดของระดับพลังงาน ฮีเลียมเป็นธาตุในหมู่ ก๊าซมีตระกูล (noble gases) และมี 2 โปรตอน, 2 นิวตรอน, และ 2 อิเล็กตรอน. แรงดันสภาพซ้อนสถานะของอิเล็กตรอน
เมื่ออิเล็กตรอนถูกบีบอัดเข้าใกล้กันมากเกินไป อนุภาคที่แยกออกไปจะทำให้มันต้องมีระดับพลังงานที่เปลี่ยนไปเช่นกัน ในการเพิ่มอิเล็กตรอนอีกอนุภาคหนึ่งให้กับปริมาตรที่ให้มาจะต้องมีการเพิ่มระดับพลังงานของอิเล็กตรอนเพื่อสร้างพื้นที่ว่าง และปัจจัยดังกล่าวเป็นพลังงานซึ่งบีบอัดวัสดุซึ่งอยู่ในรูปของแรงดัน โลหะ
โลหะ คือ วัสดุที่ประกอบด้วยธาตุโลหะที่มีอิเล็กตรอนอิสระอยู่มากมาย นั่นคืออิเล็กตรอนเหล่านี้ไม่ได้เป็นของอะตอมใดอะตอมหนึ่งโดยเฉพาะ ทำให้มีคุณสมบัติพิเศษหลายประการ เช่น  ประจุไฟฟ้า
โดยธรรมเนียมการปฏิบัติ ประจุของ อิเล็กตรอน เป็น -1 ขณะที่ของ โปรตอน เป็น +1 อนุภาคที่มีเครื่องหมายประจุเหมือนกันจะผลัก และอนุภาคที่มีเครื่องหมายประจุต่างกันจะดูดกัน กฎของ Coulomb ใช้ quantifies แรง ไฟฟ้าสถิตระหว่างสองอนุภาคโดยอ้างว่าแรงเป็นสัดส่วนกับผลิตภัณฑ์ของประจุของพวกมันและแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างพวกมัน ไฟฟ้าสถิต
อิเล็กตรอนสามารถแลกเปลี่ยนกันระหว่างวัสดุโดยการสัมผัส วัสดุที่มีอิเล็กตรอนผูกพันอย่างอ่อนมีแนวโน้มที่จะสูญเสียพวกมันในขณะที่วัสดุที่มีวงรอบนอกมีที่ว่างมีแนวโน้มที่จะได้รับพวกมัน ธรรมชาตินี้เรียกว่าผลกระทบไทรโบอิเล็กตริก และเป็นผลให้วัสดุหนึ่งกลายเป็นมีประจุบวกและอีกวัสดุหนึ่งมีประจุลบ ขั้วและความแข็งแรงของประจุบนว้สดุทั้งสองทันทีที่พวกมันถูกแยกออกจากกันจะขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่สัมพันธ์กันระหว่างพวกมันในไฟฟ้าสถิต#ชุดของไทรโบอิเล็กตริก ผลกระทบไทรโบอิเล็กตริกเป็นสาเหตุหลักของการผลิตไฟฟ้าสถิตที่สังเกตได้ในชีวิตประจำวัน และในการสาธิตตามโรงเรียนมัธยมทางวิทยาศาสตร์ทั่วไปที่เกี่ยวข้องกับการถูวัสดุที่แตกต่างเข้าด้วยกัน (เช่นขนสัตว์กับแกนอาคริลิค) การแยกประจุที่เหนี่ยวนำโดยการสัมผัสเป็นสาเหตุที่ทำให้เส้นผมของคุณตั้งขึ้นและทำให้เกิดการ "เกาะติดจากไฟฟ้าสถิต" (ตัวอย่างเช่นบอลลูนเมื่อขัดถูกับผมจะกลายเป็นมีประจุลบ เมื่ออยู่ใกล้กับกำแพงบอลลูนที่มีประจุจะดูดกับอนุภาคประจุบวกในผนังและสามารถ "เกาะติด" กับมัน ปรากฏให้เห็นว่ามันถูกแขวนต้านแรงโน้มถ่วงของโลก) โครงแบบอิเล็กตรอน
การจัดเรียงอิเล็กตรอน หมายถึง อิเล็กตรอนในแต่ละอะตอมจะมีการจัดเรียงตามระดับพลังงานหลักและระดับพลังงานย่อย โดยมีการแบ่งชั้นที่แน่นอน เรียงไปเรื่อย ๆ ตามเลขอะตอม พอล ดิแรก
หลังการค้นพบปฏิอนุภาคของอิเล็กตรอน คือ โปสิตรอน นักฟิสิกส์หลายคนพยายามค้นหาปฏิอนุภาคของอนุภาคชนิดอื่น ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โปรตอน และต้องใช้เวลานานหลังการค้นพบโปสิตรอนถึง 23 ปี จึงมีการค้นพบปฏิอนุภาคของโปรตอน ในปี ค.ศ.1955 โดย เอมิลิโอ เซเกรย์ (Emilio Segre) และ โอเวน แชมเบอร์เลน (Owen Chamberlain) ผลงานซึ่งทำให้นักฟิสิกส์ผู้ค้นพบแอนติโปรตอน ทั้งสองคนได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ประจำปีค.ศ. 1959 ร่วมกัน ต่อ ๆ มา ก็มีการค้นพบปฏิอนุภาคของอนุภาคอื่น ๆ นอกเหนือไปจากอิเล็กตรอนและโปรตอน นำไปสู่การยอมรับในวงการวิทยาศาสตร์ปัจจุบันว่า อนุภาคทุกชนิดจะมีปฏิอนุภาคเป็นคู่ ๆ กันอยู่ นิวเคลียสของอะตอม
อิเล็กตรอน อิเล็กตรอน
ในปี 1924 วิทยานิพนธ์ในชื่อหัวข้อว่า Recherches sur la théorie des quanta (งานวิจัยเกี่ยวกับทฤษฎีควอนตัม), ของนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสชื่อว่า หลุยส์ เดอ บรอย ได้ตั้งสมมติฐานว่าสสารทั้งหลายมีคุณสมบัติของคลื่นที่เรียกว่า คลื่น เดอ บรอย (de Broglie wave) ที่มีความคล้ายคลึงกับแสง ประจุไฟฟ้า
การทดลองเรื่องหยดน้ำมัน ในศตวรรษที่ยี่สิบได้แสดงให้เห็นว่า ประจุจะถูก "quantized"; นั่นคือ ประจุของวัตถุใด ๆ จะมีค่าเป็นผลคูณที่เป็นจำนวนเต็มของหน่วยเล็ก ๆ แต่ละตัวที่เรียกว่า ประจุมูลฐาน หรือค่า "e" (เช่น 0e, 1e, 2e แต่ไม่ใช่ 1/2e หรือ 1/3e) "e" มีค่าประมาณเท่ากับ (ยกเว้นสำหรับอนุภาคที่เรียกว่า ควาร์ก ซึ่งมีประจุที่มีผลคูณที่เป็นจำนวนเต็มของ "e/3") โปรตอน มีประจุเท่ากับ +"e" และ อิเล็กตรอน มีประจุเท่ากับ -"e" การศึกษาเกี่ยวกับอนุภาคที่มีประจุและการปฏิสัมพันธ์ของพวกมันจะถูกไกล่เกลี่ยโดย โฟตอน ได้อย่างไรจะเรียกว่า ไฟฟ้าพลศาสตร์ควอนตัม ไฟฟ้าสถิต
ประจุไฟฟ้าเป็นปริมาณทางไฟฟ้าปริมาณหนึ่งที่กำหนดขึ้นธรรมชาติ ของสสารจะประกอบด้วยหน่วยย่อยๆ ที่มีลักษณะและ มีสมบัติเหมือนกันที่เรียกว่า อะตอม(atom)ภายในอะตอม จะประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน3ชนิดได้แก่ โปรตอน (proton) นิวตรอน (neutron) และ อิเล็กตรอน (electron)โดยที่โปรตอนมีประจุไฟฟ้าบวกกับนิวตรอนที่เป็นกลางทางไฟฟ้ารวมกันอยู่เป็นแกนกลางเรียกว่านิวเคลียส (nucleus) ส่วนอิเล็กตรอน มี ประจุ ไฟฟ้าลบ จะอยู่รอบๆนิวเคลียส พลังงานไอออไนเซชัน
พลังงานไอออไนเซชัน (, IE) คือค่าพลังงาน ที่ใช้ในการดึงให้อิเล็กตรอนวงนอกสุด (เวเลนซ์อิเล็กตรอน) หลุดออกจากอะตอมหรือโมเลกุลที่อยู่ในสถานะก๊าซปริมาณพลังงานที่น้อยที่สุดที่สามารถทำให้อะตอมหรือโมเลกุลปลดปล่อยอิเล็กตรอน ค่าพลังงานไอออไนเซชันจะบ่งบอกว่าอะตอมหรือไอออนนั้นสามารถเสียอิเล็กตรอนได้ง่ายหรือยาก หรือในอีกมุมหนึ่งเป็นการบ่งบอกระดับพลังงานของอิเล็กตรอนวงนอกสุดของอะตอมหรือไอออนนั้นว่ามีความเสถียรมากเพียงใด โดยทั่วไปค่าพลังงานไอออไนเซชันจะมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อพยายามที่จะทำให้อิเล็กตรอนตัวต่อไปถูกปลดปล่อยออกมา เนื่องจากการผลักกันของประจุอิเล็กตรอนมีค่าลดลงและการกำบังของอิเล็กตรอนชั้นวงในมีค่าลดลง ซึ่งทำให้แรงดึงดูดระหว่างนิวเคลียสและอิเล็กตรอนมีค่ามาขึ้น อย่างไรก็ตามค่าที่เพิ่มขึ้นอาจไม่เพิ่มเท่าที่ควรจะเป็นในกรณีที่เมื่อปลดปล่อยอิเล็กตรอนตัวนั้นแล้วส่งผลให้เกิดการบรรจุเต็มหรือการบรรจุครึ่งในระดับชั้นพลังงาน เนื่องจากทั้งสองกรณีมีเสถียรภาพเป็นพิเศษ ธาตุกึ่งโลหะ
องค์ประกอบทั้งหมดได้รับการยอมรับกันทั่วไปว่าเป็น metalloids (หรือสารประกอบของมัน) ได้ถูกนำมาใช้ในสารกึ่งตัวนำหรือ solid-state อุตสาหกรรมทรอนิกส์ [61] คุณสมบัติบางส่วนของโบรอนมีการ จำกัด การใช้งานเป็นสารกึ่งตัวนำ แต่ก็มีจุดหลอมละลายสูงผลึกเดี่ยวจะค่อนข้างยุ่งยากและเป็นเรื่องยากที่จะได้รับและการแนะนำและควบคุมรักษาสิ่งสกปรก [62] ซิลิกอนเป็นเซมิคอนดักเตอร์ชั้นนำ; มันเป็นพื้นฐานของ Eletronicsทันสมัย (รวมถึงเซลล์แสงอาทิตย์มาตรฐาน)[63] และเทคโนโลยีการสื่อสาร [64] แม้จะมีการศึกษาของเซมิคอนดักเตอร์ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ได้รับการยกย่องให้เป็น "สิ่งสกปรกของฟิสิกส์" และไม่สมควรได้รับความสนใจมาก [65] เจอร์เมเนียมส่วนใหญ่ได้รับการแทนที่ด้วยซิลิกอนในอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำเป็นที่ถูกกว่าความยืดหยุ่นมากขึ้นในการดำเนินงานที่อุณหภูมิสูงขึ้นและง่ายต่อการทำงานในระหว่างขั้นตอนการผลิตไมโครอิเล็กทรอนิกส์ [66] เจอร์เมเนียมยังคงเป็นส่วนประกอบของสารกึ่งตัวนำ "ผสม" ซิลิคอนเจอร์เมเนียม และสิ่งเหล่านี้มีการเติบโตในการใช้งานโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์สื่อสารไร้สาย; โลหะผสมดังกล่าวใช้ประโยชน์จากการเคลื่อนย้ายผู้ให้บริการที่สูงขึ้นของเจอร์เมเนียม [67] การสังเคราะห์ในปริมาณแกรมขนาดของสารกึ่งตัวนำ germananeมีรายงานในปี 2013 นี้ประกอบด้วยอะตอมแผ่นหนาของไฮโดรเจนอะตอมสิ้นสุดเจอร์เมเนียมคล้ายคลึงกับ graphene อิเล็กตรอนจะดำเนินการมานานกว่าสิบครั้งเร็วกว่าซิลิกอนและห้าครั้งเร็วกว่าเจอร์เมเนียมและคิดว่าจะมีศักยภาพในรู้สึกการใช้งาน [68] การพัฒนาเจอร์เมเนียมสายตามขั้วบวกว่ากว่าสองเท่าความจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ถูกรายงานในปี 2014 [69] ในปีเดียวกันลีอัล รายงานว่าคริสตัลปราศจากข้อบกพร่องของ graphenelargeพอที่จะมีการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์สามารถนำมาปลูกและลบออกจากพื้นผิวเจอร์เมเนียม [70] สารหนูและพลวงไม่ได้เซมิคอนดักเตอร์ในรัฐมาตรฐาน ทั้งสองชนิดรูปแบบเซมิคอนดักเตอร์III-V ซึ่งค่าเฉลี่ยของจำนวนอิเล็กตรอนต่ออะตอมเป็นเช่นเดียวกับที่กลุ่ม 14 องค์ประกอบสารเหล่านี้เป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งานพิเศษบางอย่าง [71] นาโนคริสตัลพลวงอาจช่วยให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะถูกแทนที่ด้วยโซเดียมมีประสิทธิภาพมากขึ้นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน [72] เทลลูเรียมซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำในมาตรฐานของมันส่วนใหญ่จะใช้เป็นส่วนประกอบในประเภท II / VI;สารเหล่านี้มีการใช้งานในไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์เลนส์ [73] ลลูไรด์แคดเมียมคือการใช้โมดูลแสงอาทิตย์สำหรับประสิทธิภาพการแปลงสูง, ต้นทุนการผลิตต่ำและช่องว่างขนาดใหญ่ของวง 1.44eV ให้มันดูดซับรังกว้างของความยาวคลื่น [74] อิเล็กตรอน
ชาวกรีกโบราณ หรือกรีซโบราณ (ancient Greeks) สังเกตเห็นว่าก้อนอำพันสีเหลืองสามารถดึงดูดวัตถุขนาดเล็กได้เมื่อถูกลูบไล้ด้วยขนสัตว์ นอกเหนือจากปรากฏการณ์ฟ้าแลบและฟ้าผ่า, ปรากฏการณ์นี้เป็นหนึ่งในประสบการณ์ที่เก่าแก่ที่สุดของมนุษย์ที่ถูกบันทึกไว้เกี่ยวกับไฟฟ้า ในตำรากว่า 1600 เล่มที่มีชื่อว่า De Magnete นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อ วิลเลียม กิลเบิร์ต ได้บัญญัติคำศัพท์ในภาษาละตินใหม่ (New Latin) ว่า [electricus]error: {{lang}}: text has italic markup (help) เพื่ออ้างถึงคุณสมบัติในการดึงดูดวัตถุขนาดเล็กหลังจากที่ถูกถูกับยาง ทั้งคำ electric (ไฟฟ้า) และ electricity (กระแสไฟฟ้า) มาจากคำในภาษาละตินว่า ēlectrum ซึ่งมาจากคำภาษากรีกสำหรับเรียกแทนวัตถุอำพันว่า ήλεκτρον (ēlektron) เลปตอน
เลปตอนที่มีประจุตัวแรกคือ อิเล็กตรอน ถูกตั้งทฤษฎีในกลางศตวรรษที่ 19 โดยนักวิทยาศาสตร์หลายคน และถูกค้นพบในปี 1897 โดย J. J. Thomson. เลปตอนตัวต่อมาที่ถูกค้นพบคือมิวออน โดย Carl D. Anderson ในปี 1936 ซึ่งในขณะนั้นถูกระบุว่าเป็นมีซอน การศึกษาต่อมาพบว่า มิวออนไม่มีคุณสมบัติของมีซอนอย่างที่คาดไว้ แต่ประพฤฒิตัวเหมือนอิเล็กตรอน เพียงแต่มีมวลมากกว่า ต้องใช้เวลาถึงปี 1947 เพื่อให้ได้หลักการของ "เลปตอน" ว่าเป็นครอบครัวหนึ่งของอนุภาคที่จะถูกนำเสนอ นิวทริโน และ อิเล็กตรอนนิวทริโน ถูกนำเสนอโดย Wolfgang Pauli ในปี 1930 เพื่ออธิบายลักษณะที่แน่นอนของ การสลายให้อนุภาคบีตา มันถูกสังเกตเห็นในการทดลองของ Cowan–Reines ที่ดำเนินการโดย Clyde Cowan และ Frederick Reines ในปี 1956. มิวออนนิวทริโน ถูกค้นพบในปี 1962 โดย Leon M. Lederman, Melvin Schwartz และ Jack Steinberger, และ เทา ถูกค้นพบระหว่างปี 1974 ถีงปี 1977 โดย Martin Lewis Perl และเพื่อนร่วมงานจาก Stanford Linear Accelerator Center และ Lawrence Berkeley National Laboratory. ขณะที่ เทานิวทริโน เพิ่งถูกประกาศการค้นพบ เมื่อ กรกฎาคม 2000 โดย DONUT collaboration จาก Fermilab  อิเล็กโทร
อิเล็กโทร () ชื่อเรียกอื่น อิเล็กโทรฟังก์ (electro-funk) หรือ อิเล็กโทรบูกี (electro-boogie) เป็นแนวดนตรีของดนตรีอิเล็กทรอนิกส์แดนซ์ ได้รับอิทธิพลโดยตรงจากการใช้ดรัมแมชชีน ทีอาร์-808 (TR-808) และแซมพลิงของฟังก์ ในการบันทึกโดยทั่วไปจะมีดรัมแมชชีนและเสียงอิเล็กทรอนิกส์อย่างหนักโดยไม่มีเสียงร้องแต่ถ้านักร้องที่มีอยู่จะร้องในลักษณะไร้อารมณ์ มักจะผ่านการบิดเบือนจากเครื่องอิเล็กทรอนิกส์เช่น โวคอเดอร์และทอล์กบ็อกซ์ คือความแตกต่างที่สำคัญระหว่างอย่างอิเล็กโทรและแนวเพลงที่โดดเด่นก่อนหน้าคือดิสโก้ ซึ่งเสียงอิเล็กทรอนิกส์เป็นเพียงส่วนหนึ่งของการประพันธ์ดนตรี นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างกันอย่างชัดเจนก่อนหน้าอย่าง บูกี ที่มุ่งเน้นเสียงร้องน้อยลงและเน้นจังหวะอิเล็กทรอนิกส์ที่ผลิตจากดรัมแมชชีน ประจุไฟฟ้า
บางครั้งวัตถุที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าประกอบด้วยหลายไอออนที่กระจายไปทั่วทั้งวัสดุ ผูกติดกันไว้อย่างเหนียวแน่น และให้ผลรวมประจุสุทธิเป็นบวกหรือเป็นลบกับวัตถุ นอกจากนี้วัตถุดังกล่าวยังทำจากองค์ประกอบที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า มันจะสามารถรับอิเล็กตรอนเข้ามาหรือให้อิเล็กตรอนออกไปง่ายดายมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของมัน จากนั้นมันจะเก็บรักษาประจุสุทธิเป็นลบหรือเป็นบวกตลอดไป เมื่อประจุไฟฟ้าสุทธิของวัตถุไม่เป็นศูนย์และไม่เคลื่อนที่ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า [[ไฟฟ้าสถิต]] ปรากฏการณ์นี้สามารถสร้างขึ้นได้อย่างง่ายดายโดยการถูวัสดุที่แตกต่างกันสองชนิดเข้าด้วยกัน เช่นการถู [[สีเหลืองอำพัน]] กับ [[ขนสัตว์]] หรือถู [[แก้ว]] กับ [[ผ้าไหม]] ด้วยวิธีนี้วัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าสามารถมีประจุได้ในระดับที่มีนัยสำคัญ เป็นบวกหรือเป็นลบ ประจุที่ถูกนำมาจากวัสดุหนึ่ง เมื่อถูกย้ายไปยังอีกวัสดุหนึ่ง วัสดุนั้นจะเหลือไว้แต่ประจุตรงข้ามในขนาดเดียวกันอยู่เบื้องหลัง กฎของ "[[การอนุรักษ์ประจุ]]" มักจะนำมาใช้เสมอ นั่นคือวัตถุที่เสียประจุลบจะได้รับประจุบวกขนาดเดียวกันมาแทน และในทางกลับกัน แบบจำลองอะตอมของทอมสัน
ในปี  1895 หลังจากทอมสันได้ค้นพบอิเลคตรอน(จากการหาค่าประจุต่อมวลของอนุภาคในรังสีแคโทด) และเชื่อว่าอะตอมแบ่งแยกได้ โดยมีอิเลคตรอน เป็นส่วนประกอบหนึ่งของอะตอม  ทอมสันจึงสร้างแบบจำลองอะตอม ซึ่งแบบจำลองอะตอมของทอมสันจะมีลักษณะดังนี้ ไฟฟ้า
ไฟฟ้า (Greek: ήλεκτρον; English: electricity) เป็นชุดของปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ มีที่มาจาก ภาษากรีกซึ่งในสมัยนั้นหมายถึงจปจำผลจาก,ิเๆพรชขนที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเนื่องจากกอขารปราคอ่หัจกฏตัวและการไหลของประจุไฟฟ้า เช่นฟ้าผ่า, ไฟฟ้าสถิต, การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและ[ผต[กระแสไฟฟ้า]] นอกจากนี้ ไฟฟ้ายังทำให้เกิดการผลิตและการรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่นคลื่นวิทยุ เซลล์เชื้อเพลิง
เซลล์เชื้อเพลิงมีอยู่หลายชนิด ทุกชนิดประกอบด้วยแอโนด แคโทดและอิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรไลต์จะยอมให้ไอออนไฮโดรเจนประจุบวก (หรือโปรตอน) สามารถเคลื่อนที่ได้จากแอโนดไปแคโทดของเซลล์เชื้อเพลิง แอโนดและแคโทดประกอบด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำให้เชื้อเพลิงเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นที่สร้างไอออนไฮโดรเจนประจุบวกและอิเล็กตรอน ไอออนไฮโดรเจนจะถูกดึงผ่านอิเล็กโทรไลต์หลังจากการเกิดปฏิกิริยาและเคลื่อนที่ไปยังแคโทด ในขณะเดียวกันอิเล็กตรอนที่เหลือจากอะตอมของไฮโดรเจนจะถูกดึงจากแอโนดไปยังแคโทดผ่านวงจรภายนอก ทำให้เกิดกระแสตรง ที่แคโทดไอออนไฮโดรเจน อิเล็กตรอนและออกซิเจนทำปฏิกิริยากันก่อตัวเป็นน้ำ เนื่องจากความแตกต่างหลักระหว่างเซลล์เชื้อเพลิงในแต่ละประเภทคืออิเล็กโทรไลต์ เซลล์เชื้อเพลิงจึงถูกแยกประเภทตามชนิดของอิเล็กโทรไลต์ที่พวกมันใช้ และแยกตามระยะเวลาเริ่มต้นตั้งแต่ 1 วินาทีสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงเยื่อหุ้มแลกเปลี่ยนโปรตอน ( กลศาสตร์ดั้งเดิม
ซึ่ง f คือความถี่ของอนุภาคประจุ (เช่น อิเล็กตรอน) ในกลศาสตร์ดั้งเดิมด้วยพลังงานจลน์ "T" และมวลที่อยู่นิ่ง "m" วิ่งวนอยู่รอบสนามแม่เหล็ก ซึ่งมวลที่อยู่นิ่งของอิเล็กตรอนมีค่าเท่ากับ 511 keV ดังนั้นความถูกต้องความถี่ของอิเล็กตรอนเท่ากับร้อยละ 1 ของท่อแม่เหล็กสูญญากาศด้วยกระแสตรงที่มีค่าความต่างศักย์ 5.11 kV กระแสไฟฟ้า
ความสามารถในการเคลื่อนที่ของ อิเล็กตรอนในการนำไฟฟ้าจะบอกถึงลักษณะของตัวกลาง  อิเล็กตรอน
อิเล็กตรอนนั้นจัดได้ว่าเป็นอนุภาคมูลฐานชนิดหนึ่ง อิเล็กตรอนอยู่ในตระกูลเลปตอน (lepton) ที่เป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเท่ากับ −1.602176565(35)×10−19คูลอมบ์ มีมวลประมาณ 9.10938291(40)×10−31กิโลกรัม อิเล็กตรอนมีค่าสปิน s = 1/2 ทำให้เป็นเฟอร์มิออนชนิดหนึ่ง อิเล็กตรอนเป็นปฏิยานุภาค (anti-matter) ของโพซิตรอน อิเล็กโทรไลต์
อิเล็กโทรไลต์คือสารที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนอิสระเมื่อละลายน้ำหรือหลอมเหลว ทำให้สามารถนำไฟฟ้าได้เนื่องจากโดยทั่วไป สารละลายนั้นจะประกอบไปด้วยไออนจึงมักเรียกกันว่า สารละลายไอออนิก ในบางครั้งอาจเรียกสั้นๆ ว่า ไลต์ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน () เป็นชนิดของกล้องจุลทรรศน์แบบหนึ่งที่ใช้อิเล็กตรอนที่ถูกเร่งความเร็วเป็นแหล่งที่มาของการส่องสว่าง เนื่องจากอิเล็กตรอนมีความยาวคลื่นสั้นกว่าโฟตอนของแสงที่มนุษย์มองเห็นได้ถึง 100,000 เท่า กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจึงมีกำลังขยายสูงกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและสามารถเปิดเผยให้เห็นโครงสร้างของวัตถุที่มีขนาดเล็กมากๆได้ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านสามารถให้รายละเอียดได้สูงถึง 50 picometre และมีกำลังการขยายได้ถึงประมาณ 10,000,000 เท่า ขณะที่ส่วนใหญ่ของกล้องจุลทรรศน์แบบแสงจะถูกจำกัดโดยการเลี้ยวเบนของแสงที่ให้ความละเอียดประมาณ 200 นาโนเมตรและกำลังขยายที่ใชการได้ต่ำกว่า 2000 เท่า วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์
นอกเหนือจากทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าและทฤษฎีเครือข่าย รายการอื่น ๆ ในหลักสูตรเป็นหลักสูตรวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์โดยเฉพาะ หลักสูตรวิศวกรรมไฟฟ้ามีบทเรียนทีมีความเชี่ยวชาญพิเศษอื่น ๆ เช่น machine, เครื่องผลิตกระแสไฟฟ้าและการจัดจำหน่าย โปรดทราบว่ารายการต่อไปนี้จะไม่รวมถึงชุดวิชาคณิตศาสตร์วิศวกรรมภาคขยายที่จำเป็นขั้นต้นสำหรับการจบระดับปริญญา.
ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์: แถบพลังงานในซิลิคอน, ซิลิคอนภายในและภายนอก, เลขควอนตัมสปิน
จะเห็นได้ว่าอิเล็กตรอนมีทิศทางที่เป็นไปได้ 2 ทิศทาง ใน "z"-component คือ สปินอัพ (spin-up) และ สปินดาวน์ (spin-down) อะตอม
แม้คำว่า อะตอม จะมีกำเนิดจากรากศัพท์ที่มีความหมายถึงอนุภาคที่เล็กที่สุดซึ่งไม่สามารถแบ่งได้อีกต่อไป แต่การใช้งานในทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่นั้น อะตอมยังประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กกว่าอะตอมอีกมากมาย อนุภาคที่เป็นส่วนประกอบของอะตอมได้แก่ อิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอน อย่างไรก็ดี อะตอมของไฮโดรเจน-1 นั้นไม่มีนิวตรอน และประจุไฮโดรเจนบวกก็ไม่มีอิเล็กตรอน แบริออน
เนื่องจากแบริออนประกอบด้วยควาร์ก มันจึงประสพกับอันตรกิริยาอย่างเข้ม ในขณะที่พวกเลปตอน ซึ่งไม่มีส่วนประกอบของควาร์ก ไม่ต้องประสพ พวกแบริออนที่คุ้นเคยมากที่สุดคือ โปรตอน และ นิวตรอน ซึ่งประกอบขึ้นเป็นมวลส่วนใหญ่ของสสารที่มองเห็นได้ในจักรวาล ขณะที่อิเล็กตรอน (ส่วนประกอบหลักอีกอย่างหนึ่งของอะตอม) เป็นเลปตอน  อะตอม
โครงสร้างของเมฆอิเล็กตรอนอาจเปลี่ยนแปลงไปตามจำนวนอิเล็กตรอนที่มีในกลุ่มเมฆนั้น มีวิธีการนับจำนวนอิเล็กตรอนที่แตกต่างกันอยู่จำนวนหนึ่ง เช่น กฎออกเตต หรือ กฎ 18 อิเล็กตรอน ซึ่งโดยมากจะใช้เป็นเพียงกฎช่วยจำและไม่ได้ใช้แบบเดียวกันกับอะตอมทุกชนิด นักศึกษาใหม่ในวิชาเคมีมักถูกสอนให้จำโครงสร้างอะตอมแบบง่าย ๆ เป็น 2, 8, 8, 8, 8, 8, 8, [...] ทั้งนี้เพื่อให้ลำดับการสอนทำได้ง่ายขึ้น แต่จำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละเชลล์สำหรับอะตอมขนาดใหญ่ที่จริงแล้วมีจำนวนที่ต่างไปจากนี้ เช่น 2, 8, 18, 32, 50, 72 แต่ต้องเป็นนักศึกษาชั้นสูงจึงค่อยทำความเข้าใจกับความซับซ้อนนี้ นิวคลีออน
นิวคลีออน () คือหนึ่งในหลายอนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นนิวเคลียสของอะตอม นิวเคลียสของอะตอมแต่ละตัวประกอบด้วยนิวคลีออนหนึ่งตัวหรือมากกว่านั้น ดังนั้นอะตอมแต่ละตัวจึงประกอบด้วยกลุ่มของนิวคลีออนที่ล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนหนึ่งตัวหรือมากกว่านั้น นิวคลีออนมีอยู่ 2 ประเภทคือนิวตรอน และโปรตอน เลขมวลของไอโซโทปอะตอมหนึ่งๆ จะมีค่าเท่ากันกับจำนวนของนิวคลีออนของไอโซโทปอะตอมนั้นๆ ด้วยเหตุนี้ เราจึงสามารถใช้เลขนิวคลีออนแทนที่เลขมวลหรือเลขมวลอะตอมซึ่งเป็นที่นิยมใช้กันอย่างกว้างขวางก็ได้ โพซิตรอน
โพซิตรอน () หรือ แอนติอิเล็กตรอน () เป็นปฏิยานุภาคหรือปฏิสสารของอิเล็กตรอน โพซิตรอนมีประจุไฟฟ้าเป็น +1 มีสปินเป็น 1/2 และมีมวลเท่ากับอิเล็กตรอน ถ้าโพซิตรอนพลังงานต่ำชนกับอิเล็กตรอนพลังงานต่ำจะเกิดการประลัย (annihilation) คือมีการเกิดโฟตอนรังสีแกมมา 2 โฟตอนหรือมากกว่า
โพซิตรอนอาจจะเกิดจากการสลายตัวของการปลดปล่อยโพซิตรอนกัมมันตรังสี (ผ่านอันตรกิริยาอย่างอ่อน) หรือโดยการผลิตคู่จากโฟตอนที่มีพลังงานเพียงพอ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) เป็นรูปแบบเดิมของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน มันใช้ลำแสงอิเล็กตรอนไฟฟ้าแรงสูงในการสร้างภาพ ลำแสงอิเล็กตรอนถูกผลิตโดยปืนอิเล็กตรอนที่ทั่วไปแล้วได้ติดตั้งแคโทดที่มีไส้หลอดเป็นทังสเตนเพื่อเป็นแหล่งที่มาของอิเล็กตรอน ลำแสงอิเล็กตรอนถูกเร่งความเร็วโดยขั้วบวกปกติที่ 100 กิโลอิเล็กตรอนโวลท์ (kev) (40-400 kev) เมื่อเทียบกับแคโทด จากนั้นลำแสงจะถูกโฟกัสโดยเลนส์ไฟฟ้าสถิตและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและส่องผ่านชิ้นงานที่มีบางส่วนที่โปร่งใสกับอิเล็กตรอนและบางส่วนกระจายลำแสงออกไป เมื่อลำแสงอิเล็กตรอนผ่านพ้นออกมาจากชิ้นงานมันจะเก็บข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของชิ้นงานออกมาด้วยซึ่งจะมีการขยายโดยระบบเลนส์ใกล้วัตถุ () ของกล้องจุลทรรศน์นั้น การเปลี่ยนแปลงเชิงพื้นที่ในข้อมูลนี้ ("ภาพ") อาจสามารถดูได้โดยการฉายภาพอิเล็กตรอนที่ถูกขยายแล้วนี้ลงบนหน้าจอดูเรืองแสงที่เคลือบด้วยวัสดุสารเรืองแสงหรือ scintillator เช่นสังกะสีซัลไฟด์ หรืออีกทางเลือกหนึ่งภาพสามารถถูกบันทึกได้แบบการถ่ายรูปโดยการฉายแสงอิเล็กตรอนโดยตรงลงบนแผ่นฟิล์มถ่ายรูป หรือสารเรืองแสงความละเอียดสูงอาจต่อเข้ากับตัวรับแสงของกล้องถ่ายรูปที่ใช้ CCD (อุปกรณ์ถ่ายเทประจุ) ด้วยระบบเลนส์ออปติคอลหรือตัวนำแสงแบบใยแก้ว ภาพที่จับได้โดย CCD อาจจะแสดงบนหน้าจอคอมพิวเตอร์ อิเล็กโทรด
อิเล็กโทรด หรือ ขั้วเชื่อม หรือ ลวดเชื่อม หรือ ขั้วไฟฟ้า[1] (English: Electrode) เป็นตัวนำไฟฟ้าเพื่อใช้แนบกับส่วนที่ไม่ใช่โลหะของวงจรไฟฟ้า (เช่น สารกึ่งตัวนำ อิเล็กโทรไลต์ สุญญากาศ หรืออากาศ) อิเล็กโทรดเป็นคำที่บัญญัติขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ วิลเลียม ฮิวเอ็ลล์ ตามคำของไมเคิล ฟาราเดย์ ซึ่งมาจากคำภาษากรีกว่า elektron ซึ่งจริง ๆ แปลว่า อำพัน แต่นำมาอนุพัทธ์ใช้หมายถึงไฟฟ้า บวกกับคำว่า hodos ซึ่งแปลว่าทาง[2][3] อะตอม
อิเล็กตรอนในอะตอมถูกดึงดูดเอาไว้กับโปรตอนในนิวเคลียสด้วยแรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงชนิดนี้ยึดเหนี่ยวอิเล็กตรอนเอาไว้ภายในหลุมพลังงานไฟฟ้าสถิตที่อยู่รอบ ๆ นิวเคลียส นั่นแสดงว่าจำเป็นต้องได้รับพลังงานจากแหล่งภายนอกเพื่อช่วยให้อิเล็กตรอนหนีออกไปได้ ยิ่งอิเล็กตรอนอยู่ใกล้กับนิวเคลียสมากเท่าใด แรงดึงดูดนี้ก็ยิ่งมากขึ้น ดังนั้นอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้ศูนย์กลางของหลุมพลังงานจำเป็นต้องใช้พลังงานมากกว่าเพื่อจะหนีออกมาได้ โครงแบบอิเล็กตรอน
เป็นระดับพลังงานชั้นใหญ่ ๆ ของอิเล็กตรอน ระดับพลังงานชั้นในสุดหรือระดับพลังงานที่ n=1 จะมีอิเล็กตรอนได้มากที่สุด 2 ตัว ระดับชั้นถัดมา 2,3,4 จะมีได้มากที่สุด 8,18 และ 32 ตามลำดับ โดยระดับพลังงานที่มากกว่า 4 ขึ้นไปก็จะมีได้มากที่สุดเพียง 32 ตัวเท่านั้น นิวทริโน
นิวทริโนเป็นเลปตอน กลุ่มเดียวกับอิเล็กตรอน มิวออน และเทา (อนุภาค) แต่ไม่มีประจุไฟฟ้า แบ่งเป็น 3 ชนิด (หรือ flavour) ได้แก่ อิเล็กตรอนนิวทริโน (V) มิวออนนิวทริโน (V) และเทานิวทริโน (V) แต่ละเฟลเวอร์มีคู่ปฏิปักษ์ (ปฏิยานุภาค) ของมันเรียกว่า "ปฏินิวทริโน" ซึ่งไม่มีประจุไฟฟ้าและมีสปินเป็นครึ่งเช่นกัน นิวทริโนถูกสร้างขึ้นในวิธีที่อนุรักษ์ เลขเลปตอน นั่นคือ เมื่อมี อิเล็กตรอนนิวทริโน ถูกสร้างขึ้น หนึ่งตัว จะมี โพซิตรอน (ปฏิอิเล็กตรอน) หนึ่งตัวถูกสร้างขึ้นด้วย และเมื่อมี อิเล็กตรอนปฏินิวทริโนหนึ่งตัวถูกสร้างขึ้น ก็จะมีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวถูกสร้างขึ้นเช่นกัน อะตอม
โปรตอนและอิเล็กตรอนที่เสถียรเกิดขึ้นหลังจากเกิดบิกแบงเพียงหนึ่งวินาที ระหว่างช่วงสามนาทีต่อมา บิกแบงนิวคลีโอซินทีสิสได้สร้างสสารส่วนใหญ่ของฮีเลียม ลิเทียม และดิวเทอเรียมขึ้นในเอกภพ และบางทีอาจรวมถึงเบอริลเลียมและโบรอนด้วย[118][119][120] อะตอมชุดแรก ๆ (ที่อิเล็กตรอนเป็นส่วนประกอบอย่างสมบูรณ์) ในทางทฤษฎีแล้วเชื่อว่าเกิดขึ้น 380,000 ปีหลังจากบิกแบง —คือยุคที่เรียกว่า recombination เมื่อเอกภพที่กำลังขยายตัวออกนั้นเย็นลงเพียงพอที่ทำให้อิเล็กตรอนสามารถเกาะติดกับนิวเคลียสได้[121] นับแต่นั้น นิวเคลียสอะตอมก็เริ่มรวมตัวเข้าในดาวฤกษ์ผ่านกระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชั่นและสร้างธาตุต่าง ๆ ขึ้นไปจนถึงเหล็ก[122] ไฟฟ้าเคมี
ไฟฟ้าเคมี () เป็นศาสตร์ของปฏิกิริยาที่ผิวหน้าสัมผัสของ วัสดุตัวนำอิเล็กโทรนิก (conductor material) ซึ่งเป็นอิเล็กโทรด (electrode) ที่อาจเป็นโลหะ หรือสารกึ่งตัวนำอย่างกราไฟต์ (graphite) และไอออนิกคอนดักเตอร์อิเล็กโตรไลต์ (electrolyte) ถ้าปฏิกิริยาเคมี (chemical reaction) เกิดจาก แรงดันไฟฟ้า (voltage) ภายนอกหรือถ้าแรงดันไฟฟ้าเกิดจากปฏิกิริยาเคมี ดังเช่นไฟฟ้าในแบตเตอรี่ (Battery) อย่างนีเราเรียกว่าปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าโดยทั่วไปวิชาเคมีไฟฟ้า จะเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาออกซิเดชัน (oxidation) และปฏิกิริยารีดักชัน (reduction) และทิศทางของประจุไฟฟ้า (charge transfer) จากโมเลกุลหนึ่งไปยังที่อื่นจะไม่ถือว่าเป็นเนื้อหาในเคมีมินิ อะตอม
ตามความเข้าใจในปัจจุบัน อะตอมเป็นวัตถุขนาดเล็กที่มีมวลน้อยมาก เราสามารถสังเกตการณ์อะตอมเดี่ยว ๆ ได้โดยอาศัยเครื่องมือพิเศษ เช่น กล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดในอุโมงค์ มวลประมาณ 99.9% ของอะตอมกระจุกรวมกันอยู่ในนิวเคลียส[note 1] โดยมีโปรตอนและนิวตรอนเป็นมวลที่เหลือประมาณเท่า ๆ กัน ธาตุแต่ละตัวจะมีอย่างน้อยหนึ่งไอโซโทปที่มีนิวเคลียสซึ่งไม่เสถียรและเกิดการเสื่อมสลายโดยการแผ่รังสี ซึ่งเป็นสาเหตุให้เกิดการแปรนิวเคลียสที่ทำให้จำนวนโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียสเปลี่ยนแปลงไป[4] อิเล็กตรอนที่โคจรรอบอะตอมจะมีระดับพลังงานที่เสถียรอยู่จำนวนหนึ่งในลักษณะของวงโคจรอะตอม และสามารถเปลี่ยนแปลงระดับไปมาระหว่างกันได้โดยการดูดซับหรือปลดปล่อยโฟตอนที่สอดคล้องกับระดับพลังงานที่ต่างกัน อิเล็กตรอนเหล่านี้เป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางเคมีของธาตุ และมีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติทางแม่เหล็กของอะตอม ผลกระทบฮอลล์
ผลกระทบฮอลล์ถูกค้นพบในปี 1879 โดยนายเอ็ดวิน เฮอร์เบิร์ต ฮอลล์ในขณะที่เขากำลังอยู่ระหว่างการศึกษาระดับปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัย Johns Hopkins ในเมืองบัลติมอร์ รัฐแมรีแลนด์[2] เขาทำการวัดผลกระทบเล็ก ๆ ที่เกิดขึ้นในอุปกรณ์ที่เขาใช้ เป็นการค้นพบที่ยิ่งใหญ่ที่เกิดขึ้น 18 ปีก่อนการค้นพบอิเล็กตรอนและถูกเผยแพร่ภายใต้ชื่อ "บนกิจกรรมใหม่ของแม่เหล็กที่กระทำบนกระแสไฟฟ้า"[3][4] สถานะจำกัดขอบเขต
- โปรตอนและอิเล็กตรอนที่อยู่อย่างโดดเดี่ยวจะถูกเรียกว่า ไอออน (Ionized atom) เมื่ออิเล็กตรอนเริ่มเคลื่อนที่เข้าสู่วงโคจรของโปรตอนจะเกิดสถานะจำกัดขอบเขตเปลี่ยนเป็นไฮโดรเจนอะตอม ขณะนั้นพลังงานรวมของศูนย์กลางมวลจะเปลี่ยนจากค่าบวกเป็นค่าลบ การแปลงภายใน
ในแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกลศาสตร์ควอนตัมสำหรับกระบวนการการแปลงภายใน, wavefunction ของอิเล็กตรอนที่เปลือกชั้นใน (ปกติจะเป็น "s" อิเล็กตรอน) จะแทรกซึมเข้าไปในเนื้อของ นิวเคลียส ซึ่งหมายความว่ามีความเป็นไปได้ที่แน่นอนของการค้นหาอิเล็กตรอนภายในนิวเคลียส เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้ อิเล็กตรอนอาจเชื่อมไปยังสภาวะของพลังงานที่ถูกกระตุ้นของนิวเคลียสและใช้พลังงานจากการเปลี่ยนผ่านนิวเคลียสโดยตรง โดยปราศจากรังสีแกมมาช่วงกลางที่ถูกผลิตในครั้งแรก พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนที่ถูกปล่อยออกมาจะเท่ากับพลังงานการเปลี่ยนผ่านในนิวเคลียส, ลบด้วยพลังงานยึดเหนี่ยวของอิเล็กตรอนที่ยึดเหนี่ยวเข้ากับอะตอม การประลัยอิเล็กตรอน-โพสิตรอน
การประลัยอิเล็กตรอน-โพซิตรอนเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอน (e) และโพซิตรอน (e), ปฏิยานุภาคของอิเล็กตรอน) เข้าปะทะกัน ผลจากการปะทะกันคือการประลัยของอิเล็กตรอนและโพซิตรอนและมีการสร้างโฟตอนรังสีแกมมาหรืออนุภาคพลังงานสูงอื่น ๆ เซลล์กัลวานี
แอโหนด (anode) เป็นขั้วไฟฟ้าที่เกิดออกซิเดชันกับสารละลายของมัน (สูญเสียอิเล็กตรอน); ในเซลล์กัลวานี แอโหนดเป็นขั้วไฟฟ้าลบเนื่องจากเมื่อเกิดออกซิเดชัน สารละลายสูญเสียอิเล็กตรอนหลุดออกมาทิ้งไว้เกาะอยู่บนขั้วไฟฟ้า[7] จากนั้นอิเล็กตรอนเหล่านี้ก็พร้อมที่จะโยกย้ายไปที่แคโทด (cathode) อย่างไรก็ตามในการแยกสลายด้วยไฟฟ้า (English: electrolysis) กระแสไฟฟ้าจะกระตุ้นให้อิเล็กตรอนไหลไปในทิศทางตรงกันข้าม ดังนั้น แอโหนดจะเป็นขั้วบวก และคำกล่าวที่ว่า แอ</u>โหนด ดึงดูด แอน</u>ไอออน จึงเป็นจริง (ไอออนประจุลบจะไหลไปยังแอโหนด ในขณะที่อิเล็กตรอนถูกขับไล่ออกผ่านเส้นลวด) ขั้วไฟฟ้าโลหะ A เป็นแอโหนด แคโทด เป็นขั้วไฟฟ้าที่เกิดรีดักชันกับสารละลายของมัน (ได้รับอิเล็กตรอน); ในเซลล์กัลวานี แคโทดเป็นขั้วบวก เพราะสารละลายจะได้รับอิเล็กตรอนมากขึ้น อิเล็กตรอนเหล่านี้มาจากขั้วไฟฟ้าโลหะ B ทำให้ขั้วไฟฟ้าโลหะ B พร่องอิเล็กตรอน[7] และก็มีแนวโน้มมากขึ้นสำหรับไอออนในน้ำสารละลายจะลดลงไปอีกจากอิเล็กตรอนที่เข้ามาจากแอโหนด อย่างไรก็ตามในการแยกสลายด้วยไฟฟ้า แคโทดจะเป็นขั้วลบ และจะดึงดูดไอออนบวกจากสารละลาย ในสถานการณ์เช่นนี้คำกล่าวที่ว่า แค</u>โทด ดึงดูด แคต</u>ไอออน จึงเป็นจริง (ไอออนโลหะที่มีประจุบวกและที่ถูกออกซิไดซ์จะไหลไปที่แคโทดในขณะที่อิเล็กตรอนเดินทางผ่านเส้นลวด) ขั้วไฟฟ้าโลหะ B เป็นแคโทด Klystron
Klystrons ขยายสัญญาณโดยการแปลงพลังงานจลน์ในลำแสงอิเล็กตรอน DC เป็นพลังงาน คลื่นความถี่วิทยุ. ลำแสงอิเล็กตรอนถูกผลิตโดย thermionic cathode(เม็ดของวัสดุที่มีฟังก์ชันการทำงานต่ำถูกทำให้ร้อน), และถูกเร่งโดยขั้วไฟฟ้าแรงดันสูง (โดยทั่วไปที่หลายสิบกิโลโวลต์). จากนั้น ลำแสงนี้จะผ่านเข้าไปในตัวสะท้อนคลื่นที่เป็นโพลง (). พลังงาน RF จะถูกป้อนเข้าที่อินพุทของ cavity ที่ความถี่หรือใกล้ความถี่ resonant ของมันเพื่อผลิตแรงดันไฟฟ้าที่จะมีผลกับลำแสง. สนามไฟฟ้าจะทำให้อิเล็กตรอนมัดรวมกัน: นั่นคืออิเล็กตรอนที่ผ่านไปในระหว่างสนามไฟฟ้าที่ตรงข้ามกันจะถูกเร่งและอิเล็กตรอนที่ตามมาจะมีการชะลอตัว, ทำให้ลำแสงอิเล็กตรอนที่วิ่งอย่างต่อเนื่องก่อนหน้านี้อัดกันแน่นที่ความถี่ของอินพุต. เพื่อเสริมสร้างความแข็งแกร่งของมัดอิเล็กตรอน, klystron อาจมีตัวมัด ()เพิ่มเติม. ลำแสงจะผ่านท่อ"drift" ในที่ซึ่งอิเล็กตรอนที่เร็วกว่าจะวิ่งไปทันตัวที่วิ่งช้ากว่า, ทำให้เกิดการ "อัดแน่น", จากนั้น พวกมันจะผ่านไปที่ช่อง "จับ". ในขาออกของช่อง"จับ", แต่ละมัดของอิเล็กตรอนจะเข้าสู่ cavity ในเวลาที่อยู่ในวงจรเมื่อสนามไฟฟ้าตรงข้ามกับการเคลื่อนไหวของอิเล็กตรอน, ทำให้พวกมันชะลอตัวลง. ดังนั้น พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนจะถูกแปลงเป็นพลังงานศักย์ของสนาม, เป็นการเพิ่มแอมพลิจูดของ oscillation. การ oscillation ที่ถูกกระตุ้นในช่องจับจะถูกเชื่อมโยงออกมาผ่านสายโคแอค หรือท่อนำคลื่น. ลำแสงอิเล็กตรอนที่ใช้ไปและมีพลังงานลดลงจะถูกจับเอาไว้โดยขั้วไฟฟ้าสะสม () ไฟฟ้า
การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าเราเรียกว่ากระแสไฟฟ้า ความเข้มของมันเราวัดได้ในหน่วยแอมแปร์ กระแสไฟฟ้าสามารถประกอบด้วยการเคลื่อนที่ของอนุภาคใด ๆ ที่มีประจุ โดยทั่วไปส่วนใหญ่อนุภาคเหล่านี้จะเป็นอิเล็กตรอน แต่ประจุใด ๆ ที่กำลังเคลื่อนที่ทำให้เกิดกระแส อิเล็กตรอน
นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษชื่อ โยฮัน วิลเฮล์ม เฮ็ดทอร์ฟ (Johann Wilhelm Hittorf) ได้ศึกษาการนำไฟฟ้าในก๊าซบริสุทธิ์: ในปี ค.ศ. 1869 เขาค้นพบการเรืองแสงที่เพิ่มขึ้นที่ออกมาจากหลอดรังสีแคโทดในขณะที่ลดความดันของก๊าซที่อยู่ภายในลง ในปี 1876 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อ เออเก็น โกลด์สไตน์ (Eugen Goldstein) ได้แสดงให้เห็นว่ารังสีจากการเรืองแสงนี้ทอดเงาได้และเขาขนานนามว่า รังสีแคโทด [9] ในระหว่างช่วงยุคปี ค.ศ. 1870 นักฟิสิกส์และนักเคมีชาวอังกฤษ เซอร์ วิลเลียม ครูกส์ (Sir William Crookes) ได้พัฒนาหลอดรังสีแคโทดที่มีสภาพความเป็นสุญญากาศสูงอยู่ภายในขึ้นเป็นครั้งแรก [10] จากนั้นเขาก็แสดงให้เห็นว่ารังสีเรืองแสงที่ปรากฏภายในหลอดนั้นสามารถนำพาพลังงานไปได้และเคลื่อนที่ออกมาจากแคโทดไปยังแอโนด นอกจากนี้โดยการใช้สนามแม่เหล็กเขาก็สามารถที่จะหันเหทิศทางของรังสีนี้ได้จึงแสดงให้เห็นว่าลำแสงนี้ทำตัวราวกับว่ามันเป็นประจุลบ [11][12] ในปี 1879 เขาเสนอว่าคุณสมบัติเหล่านี้สามารถอธิบายได้โดยสิ่งที่เขาเรียกว่า 'สสารแผ่รังสี' (radiant matter) เขาได้เสนอแนะว่านี่คือสถานะที่สี่ของสสารที่ประกอบด้วยโมเลกุลที่มีประจุลบที่ถูกฉายออกมาด้วยความเร็วสูงจากขั้วแคโทด [13] การจับยึดอิเล็กตรอน
โปรตอนอิสระปกติจะไม่สามารถเปลี่ยนไปเป็นนิวตรอนอิสระได้โดยกระบวนการนี​​้ โปรตอนและนิวตรอนจะต้องเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสที่มีขนาดใหญ่ ควาร์ก
ควาร์ก ( อ่านว่า หรือ ) คืออนุภาคมูลฐานและเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของสสาร ควาร์กมากกว่าหนึ่งตัวเมื่อรวมตัวกันจะเป็นอีกอนุภาคหนึ่งที่เรียกว่าแฮดรอน () ส่วนที่เสถียรที่สุดของแฮดรอนสองลำดับแรกคือโปรตอนและนิวตรอน ซึ่งทั้งคู่เป็นส่วนประกอบสำคัญของนิวเคลียสของอะตอม เนื่องจากปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Color Confinement ควาร์กจึงไม่สามารถสังเกตได้โดยตรงหรือพบตามลำพังได้ มันสามารถพบได้ภายในแฮดรอนเท่านั้น เช่น แบริออน (ซึ่งโปรตอนและนิวตรอนเป็นตัวอย่าง) และภายใน มีซอน (มี'ซอน หรือเมซ'ซัน เป็นอนุภาคที่มีมวลระหว่างอิเล็กตรอนกับโปรตรอน มีประจุเป็นกลาง หรือเป็นบวกหรือลบ มีค่าสปิน) ด้วยเหตุผลนี้ สิ่งที่เรารู้จำนวนมากเกี่ยวกับควาร์กจึงได้มาจากการสังเกตที่ตัวแฮดรอนเอง การเชื่อมไฟฟ้า
การเชื่อมไฟฟ้า คือการเชื่อมอาร์คประเภทหนึ่ง ใช้อิเล็กโทรดหรือก้านธูปที่หุ้มด้วยฟลักซ์ ในการเชื่อมโลหะ ไฟฟ้า
ประจุบนอิเล็กตรอนและโปรตอนจะมีเครื่องหมายตรงกันข้ามกัน ดังนั้นจำนวนของประจุอาจจะแสดงเครื่องหมายเป็นได้ทั้งบวกหรือลบ โดยธรรมเนียมปฏิบัติ ประจุที่ถูกนำพาโดยอิเล็กตรอนจะถือว่าเป็นลบ และนำพาโดยโปรตอนจะเป็นบวก เป็นธรรมเนียมที่มีต้นกำเนิดมาจากงานของเบนจามิน แฟรงคลิน[29] จำนวนของประจุมักจะได้รับสัญลักษณ์เป็น Q และมีค่าเป็นคูลอมบ์[30] อิเล็กตรอนแต่ละตัวจะนำพาประจุจำนวนเดียวกันคือประมาณ −1.6022×10−19คูลอมบ์ โปรตอนจะมีประจุที่มีค่าเท่ากันแต่เครื่องหมายตรงกันข้าม ดังนั้นจึงเท่ากับ +1.6022×10−19คูลอมบ์ ประจุไม่ได้อยู่แค่ในสสารเท่านั้น แต่ยังอยู่ในปฏิสสารอีกด้วย แต่ละปฏิอนุภาคจะแบกประจุที่เท่ากันและตรงข้ามกันกับอนุภาคที่สอดคล้องกัน[31] แรงดันสภาพซ้อนสถานะของอิเล็กตรอน
โดยที่ "formula_2" คือ ค่าคงตัวของพลังค์ formula_3 คือ มวลของอิเล็กตรอน formula_4 คือ มวลของโปรตอน "formula_5" คือ ความหนาแน่น และ "formula_6" คือ อัตราส่วนของจำนวนอิเล็กตรอนต่อจำนวนโปรตอน (เมื่อพลังงานอนุภาคเพิ่มขึ้นถึงระดับสัมพัทธภาพ จำเป็นต้องใช้สูตรที่ดัดแปลง) ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก
ในปี 1905 ไอสไตน์ได้อธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกโดยใช้แนวความคิดของพลังค์ คือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ f ที่ตกกระทบผิวโลหะจะมีลักษณะคล้ายอนุภาคประกอบด้วยพลังงานเล็กๆ E เรียกว่า ควอนตัมของพลังงานหรือ โฟตอน (photon) โดย E = hf ถ้าพลังงานนี้มีค่ามากกว่าเวิร์กฟังก์ชัน อิเล็กตรอนจะหลุดออกจากโลหะด้วยพลังงานจลน์มากสุด E (max)  กรด
ในทางเคมี นิยามกรดลิวอิสเป็นนิยามที่พบมากที่สุด กรดลิวอิสเป็นตัวรับอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว ตัวอย่างกรดลิวอิส รวมไปถึงไอออนลบโลหะทั้งหมด และโมเลกุลอิเล็กตรอนน้อย เช่น โบรอนฟลูออไรด์ และอะลูมิเนียมไตรคลอไรด์ ไฮโดรเนียมไอออนเป็นกรดตามทั้งสามนิยามข้างต้น ที่น่าสนใจคือ แม้แอลกอฮอล์และเอมีนสามารถเป็นกรดเบรินเสตด-ลาวรีได้ตามที่อธิบายข้างต้น ทั้งสองยังทำหน้าที่เป็นเบสลิวอิสได้ เนื่องจากอะตอมออกซิเจนและไนโตรเจนมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวในสารละลายกรดทุกชนิด จะมีไอออนที่เหมือนกันอยู่ส่วนหนึ่งคือไฮโดรเจนไอออน H เมื่อรวมกับน้ำจะได้เป็นไฮโดรเนียมไอออน HO ตัวอย่างเช่น กรดไฮโดรคลอริก (HCl) ซึ่งเกิดจากสารประกอบไฮโดรเจนคลอไรด์ HCl ละลายในน้ำ โมเลกุลของ HCl และน้ำต่างก็เป็นโมเลกุลมีขั้ว จึงเกิดแรงดึงดูดระหว่างขั้วของ HCl กับน้ำ โดยที่โปรตอน (H) ของ HCl ถูกดึงดูดโดยโมเลกุลของน้ำเกิดเป็นไฮโดรเนียมไอออน H + HO → HO ในบางครั้งเขียนแทน HO ด้วย H โดยเป็นที่เข้าใจว่า H นั้นจะอยู่รวมกับโมเลกุลของน้ำในรูป HO เสมอ พาหะของประจุไฟฟ้า
พาหะของประจุไฟฟ้า () ในฟิสิกส์, หมายถึงอนุภาคเคลื่อนที่อิสระที่ขนส่งประจุไฟฟ้าในสารตัวนำไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น อิเล็กตรอน, ไอออน(อะตอมที่มีประจุบวกหรือลบ), และ โฮล. สนามไฟฟ้าสามารถออกแรงบังคับอนุภาคอิสระเหล่านี้ ให้เคลื่อนที่ไปในตัวนำนั้น; เรียกการเคลื่อนที่นี้ว่ากระแสไฟฟ้า ในตัวนำที่แตกต่างกัน อนุภาคที่ใช้ขนส่งประจุก็แตกต่างกันไป ได้แก่ : แบบจำลองอะตอมของทอมสัน
แบบจำลองอะตอม หรือ แบบจำลองขนมปังลูกเกด () ของ เจ. เจ. ทอมสัน ผู้ค้นพบอิเล็กตรอนเมื่อปี ค.ศ. 1897 เป็นแบบจำลองที่เสนอขึ้นในปี ค.ศ. 1904 ก่อนการค้นพบนิวเคลียสของอะตอม แนวคิดของแบบจำลองนี้คือ อะตอมประกอบด้วยอิเล็กตรอน (ซึ่งเวลานั้นทอมสันยังเรียกว่า "คอร์พัสเคิล" ส่วน จี. เจ. สโตนีย์ เสนอให้เรียกอะตอมของไฟฟ้าว่า "อิเล็กตรอน" เมื่อปี 1894) ล้อมรอบด้วยทะเลของประจุลบเพื่อรักษาสมดุลกับประจุบวกของอิเล็กตรอน เปรียบเทียบประจุลบเหมือนเป็น "ลูกเกด" ที่ถูกล้อมรอบด้วยประจุบวก "ขนมปัง" โดยที่อิเล็กตรอนนั้นอยู่กระจายทั่วไปในอะตอม แต่ด้วยโครงสร้างต่างๆ กันมากมาย แบบหนึ่งคือมีวงแหวนของอิเล็กตรอนด้วย บางครั้งก็กล่าวกันว่าอะตอมเป็น "กลุ่มเมฆ" ของประจุบวกแทนที่จะเป็นทะเล ด้วยแบบจำลองนี้ ทอมสันได้ละทิ้งสมมุติฐานดั้งเดิมของตนเกี่ยวกับ "เนบิวลาอะตอม" ที่ว่าอะตอมประกอบด้วยวงวนซึ่งจับต้องไม่ได้  เวเลนซ์อิเล็กตรอน
เวเลนซ์อิเล็กตรอน (English: valence electron) คือ อิเล็กตรอนในอะตอมที่สามารถมีส่วนร่วมในการสร้างพันธะเคมี[1] สำหรับธาตุหมู่หลัก เวเลนซ์อิเล็กตรอนจะเป็นอิเล็กตรอนในวงนอกสุด (outermost shall) เท่านั้น ส่วนโลหะแทรนซิชัน เวเลนซ์อิเล็กตรอนสามารถเป็นอิเล็กตรอนในวงใน (inner shell) ได้ อะตอม
ขณะเดียวกันในปี ค.ศ. 1913 นักฟิสิกส์ นีลส์ บอร์ เสนอรูปแบบของอิเล็กตรอนที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้น เขากล่าวว่ามันมีวงโคจรหลายระดับแตกต่างกัน และสามารถกระโดดไปมาระหว่างระดับวงโคจรต่าง ๆ ได้ แต่ไม่สามารถหมุนเป็นเกลียวเข้าออกตามใจชอบระหว่างทางได้[28] อิเล็กตรอนตัวหนึ่ง ๆ จะต้องดูดซับหรือแผ่พลังงานปริมาณจำเพาะเจาะจงขนาดหนึ่งออกมาเพื่อเปลี่ยนระดับวงโคจรที่มีกำหนดตายตัวอยู่แล้ว เมื่อแสงจากวัตถุที่ร้อนจัดวิ่งผ่านปริซึม มันจะสร้างสเปกตรัมหลากสีขึ้น การปรากฏของระดับพลังงานต่าง ๆ ที่กำหนดตายตัวได้รับการอธิบายอย่างสมบูรณ์จากการเปลี่ยนระดับวงโคจรนี้[29] ประจุไฟฟ้า
"[[ไอออน]]" เป็นอะตอม (หรือกลุ่มของอะตอม) ที่สูญเสียอิเล็กตรอนทำให้ผลรวมสุทธิของประจุเป็นบวก (cation) หรือได้รับอิเล็กตรอนเพิ่มทำให้ผลรวมสุทธิของประจุเป็นลบ (anion) "Monatomic ions" จะเกิดขึ้นจากอะตอมเดียว ในขณะที่ "polyatomic ions" จะเกิดขึ้นจากสองอะตอมขึ้นไปที่ถูกยึดเข้าด้วยกัน ในแต่ละกรณีจะเกิดไอออนที่มีประจุสุทธิเป็นบวกหรือเป็นลบ ไฟฟ้าสถิต
ไฟฟ้าสถิต (English: Static electricity) คือความไม่สมดุลของประจุไฟฟ้าภายในหรือบนพื้นผิวของวัสดุหนึ่ง ประจุยังคงอยู่กับที่จนกระทั่งมันสามารถจะเคลื่อนที่โดยอาศัยการไหลของอิเล็กตรอน (กระแสไฟฟ้า) หรือมีการปลดปล่อยประจุ (English: electrical discharge) ไฟฟ้าสถิตมีชื่อที่ขัดกับไฟฟ้ากระแสที่ไหลผ่านเส้นลวดหรือตัวนำอื่นและนำส่งพลังงาน[1] ไฟฟ้า
การศึกษาได้แสดงให้เห็นว่าต้นกำเนิดของประจุไฟฟ้ามาจากบางชนิดของอนุภาคย่อยของอะตอม ที่มีคุณสมบัติของประจุไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าทำให้เกิดแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและพวกมันก็มีปฏิสัมพันธ์กับแรงแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย แรงแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นหนึ่งในสี่อันตรกิริยาพื้นฐาน ของธรรมชาติ พาหะที่คุ้นเคยมากที่สุดของประจุไฟฟ้าคืออิเล็กตรอนและโปรตอน การทดลองได้แสดงให้เห็นว่าประจุจะเป็นปริมาณอนุรักษ์ (หรือปริมาณคงที่) ค่าหนึ่ง นั่นคือ ประจุสุทธิ (หลังจากถ่ายเทไปมาแล้ว) ภายในระบบโดดเดี่ยวหนึ่งจะมีค่าคงที่เสมอโดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ที่เกิดขึ้นภายในระบบนั้น[28] ภายในระบบ ประจุอาจถูกโอนย้ายระหว่างระบบย่อยด้วยกัน อาจจะโดยการสัมผัสโดยตรงหรือโดยการวิ่งผ่านไปตามวัตถุตัวนำเช่นสายลวด[24]:2–5 คำศัพท์อย่างไม่เป็นทางการของไฟฟ้าสถิตจะหมายความถึงการปรากฏตัวของประจุเป็นสุทธิ (หรือ 'ไม่สมดุล') บนร่างกายหนึ่งปกติจะเกิดขึ้นเมื่อวัตถุที่ไม่เหมือนกันขัดถูกัน ประจุจะถูกถ่ายเทจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง ไฟฟ้า
ดูเพิ่มเติม: อิเล็กตรอน, โปรตอน, ไอออน โปรตอน
โปรตอน (English: proton หรือ ภาษากรีก: πρώτον / proton = ตัวแรก) เป็น อนุภาคย่อยของอะตอม สัญลักษณ์ p หรือ p+ มีประจุไฟฟ้าเป็นบวกมีค่าประจุมูลฐาน (English: elementary charge) เท่ากับ +1e และมีมวลน้อยกว่ามวลของนิวตรอนเล็กน้อย โปรตอนและนิวตรอนแต่ละตัวมีมวลประมาณ 1 หน่วยมวลอะตอม (u) เมื่อโปรตอนและนิวตรอนอยู่รวมกันในนิวเคลียส พวกมันจะทำตัวเป็น "นิวคลีออน" ในนิวเคลียสของอะตอมใด ๆ จะพบโปรตอนอย่างน้อยหนึ่งตัว จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติและเป็นตัวบอก เลขอะตอม ของธาตุนั้น คำว่าโปรตอนเป็นภาษากรีกแปลว่า "ตัวแรก" ชื่อนี้ถูกกำหนดให้กับนิวเคลียสของไฮโดรเจนโดยนาย Ernest Rutherford ในปี 1920 ในหลายปีก่อนหน้านั้น นายรัทเธอร์ฟอร์ดได้ค้นพบว่านิวเคลียสของไฮโดรเจน (ที่รู้กันว่าเป็นนิวเคลียสที่เบาที่สุด) สามารถสกัดดได้จากหลายนิวเคลียสของไนโตรเจนโดยการชนกัน เพราะฉะนั้น โปรตอนจึงเป็นตัวเลือกที่จะเป็นอนุภาคมูลฐานตัวหนึ่งและเป็นกล่องโครงสร้างของไนโตรเจนและนิวเคลียสของอะตอมหนักกว่าอื่น ๆ ทั้งหมด ไอออน
ตัวอย่างเช่น โซเดียม มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 1 ตัว ในชั้นอิเล็กตรอนนอกสุด ดังนั้น ในรูปที่เป็นไอออน จึงมักจะพบในรูปที่สูญเสียอิเล็กตรอน 1 ตัว นั่นคือ Na ส่วนอีกฝากหนึ่งของตารางธาตุ คลอรีนนั้นมีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 7 ตัว ดังนั้น รูปไอออนของมันที่พบทั่วไป จึงรับอิเล็กตรอนไว้ 1 ตัว นั่นคือ Cl สำหรับธาตุแฟรนเซียมนั้นมีพลังงานในการสร้างไอออนต่ำที่สุดในบรรดาธาตุทั้งหมด ส่วนฟลูออรีนนั้นมีพลังงานมากที่สุดในมิติควันตัม ซึ่งเป็นที่อยู่ของสสารที่มีโมเลกุลเล็กกว่าอะตอม,โปรตรอน,นิวตรอนและอิเล็กตรอน อิเล็กตรอน
นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษที่เกิดในเยอรมันชื่อ อาร์เธอร์ ชูสเตอร์ (Arthur Schuster) ได้ขยายความการทดลองของครูกส์ต่อไปอีก โดยการวางแผ่นโลหะขนานไปกับลำรังสีแคโทดนี้และโดยการใช้ศักย์ไฟฟ้าต่อเข้าระหว่างแผ่นโลหะทั้งสองนั้น เปลือกอิเล็กตรอน
เปลือกแต่ละชั้นจะสามารถมีจำนวนแน่นอนของอิเล็กตรอนเป็นค่าหนึ่งเท่านั้น เช่น ชั้นที่ 1 มีอิเล็กตรอนได้ 2 ตัว, ชั้นที่ 2 มีอิเล็กตรอนได้ 8 ตัว (2+6), ชั้นที่ 3 มีอิเล็กตรอนได้ 18 ตัว (2+6+10) และเรื่อยไป สูตรทั่วไปก็คือชั้นพลังงานที่ "n" จะมีอิเล็กตรอนได้เป็นจำนวน 2("n") ตัว เนื่องจากอิเล็กตรอนนั้นถูกดึงดูดไว้กับนิวเคลียสด้วยแรงทางไฟฟ้า ดังนั้นอิเล็กตรอนของอะตอมหนึ่งๆ จะอยู่ในวงโคจรชั้นนอกก็ต่อเมื่อวงชั้นในมีอิเล็กตรอนเต็มแล้ว อย่างไรก็ดีมิได้เป็นกฎตายตัวเสมอไป อะตอมอาจมีชั้นพลังงานด้านนอก 2 หรือ 3 ชั้น โดยที่มีอิเล็กตรอนไม่เต็มตามจำนวนสูงสุดก็ได้ ดูคำอธิบายเพิ่มเติมถึงสาเหตุที่อิเล็กตรอนดำรงอยู่ในชั้นพลังงานเหล่านี้ได้ที่ การจัดเรียงอิเล็กตรอน แบตเตอรี่
แบตเตอรี่ () เป็นอุปกรณ์ที่ประกอบด้วย เซลล์ไฟฟ้าเคมี หนึ่งเซลล์หรือมากกว่า ที่มีการเชื่อมต่อภายนอกเพื่อให้กำลังงานกับอุปกรณ์ไฟฟ้า แบตเตอรี่มี ขั้วบวก () และ ขั้วลบ () ขั้วที่มีเครื่องหมายบวกจะมีพลังงานศักย์ไฟฟ้าสูงกว่าขั้วที่มีเครื่องหมายลบ ขั้วที่มีเครื่องหมายลบคือแหล่งที่มาของอิเล็กตรอนที่เมื่อเชื่อมต่อกับวงจรภายนอกแล้วอิเล็กตรอนเหล่านี้จะไหลและส่งมอบพลังงานให้กับอุปกรณ์ภายนอก เมื่อแบตเตอรี่เชื่อมต่อกับวงจรภายนอก สาร อิเล็กโทรไลต์ มีความสามารถที่จะเคลื่อนที่โดยทำตัวเป็นไอออน ยอมให้ปฏิกิริยาทางเคมีทำงานแล้วเสร็จในขั้วไฟฟ้าที่อยู่ห่างกัน เป็นการส่งมอบพลังงานให้กับวงจรภายนอก การเคลื่อนไหวของไอออนเหล่านั้นที่อยู่ในแบตเตอรี่ที่ทำให้เกิดกระแสไหลออกจากแบตเตอรี่เพื่อปฏิบัติงาน ในอดีตคำว่า "แบตเตอรี่" หมายถึงเฉพาะอุปกรณ์ที่ประกอบด้วยเซลล์หลายเซลล์ แต่การใช้งานได้มีการพัฒนาให้รวมถึงอุปกรณ์ที่ประกอบด้วยเซลล์เพียงเซลล์เดียว เส้นสเปกตรัม
แต่หากอะตอมได้รับพลังงานจากโฟตอนของรังสีอัลตราไวโอเล็ต หรือช่วงคลื่นรังสีที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่า แต่มีพลังงานสูงมากกว่า 13.6 eV อิเล็กตรอนจะหลุดออกจากอะตอมไปสู่สภาวะถูกทำให้เป็นไอออน หรือกลายเป็นประจุ ปฏิยานุภาค
ปฏิยานุภาค () เป็นอนุภาคที่มีความสอดคล้องมากที่สุดกับอนุภาคปกติธรรมดา มีความสัมพันธ์กันคือมีมวลเท่ากันและมีประจุไฟฟ้าที่ตรงกันข้าม ยกตัวอย่างเช่น ปฏิยานุภาคของอิเล็กตรอนเป็นอิเล็กตรอนที่มีประจุบวก, หรือเรียกว่าโพซิตรอนที่ถูกสร้างขึ้นในการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีบางชนิดตามธรรมชาติ แนวโน้มพิริออดิก
การจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็นส่วนหนึ่งที่ทำให้เราสามารถจัดธาตุในตารางธาตุได้ เพราะจากซ้ายไปขวาตามคาบ อิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้น อิเล็กตรอนจะเข้าไปอยู่ในวงอิเล็กตรอน (วงที่ 1 วงที่ 2 และอื่น ๆ) แต่ละวงก็ประกอบไปด้วยวงย่อยหนึ่งวงหรือมากกว่านั้น (มีชื่อว่า s p d f และ g) เมื่อเลขอะตอมของธาตุมากขึ้น อิเล็กตรอนจะเข้าไปอยู่ในวงย่อยตามกฎของแมนเดลัง เช่นการจัดเรียงอิเล็กตรอนของนีออน คือ 1s 2s 2p ด้วยเลขอะตอมเท่ากับ 10 นีออนมีอิเล็กตรอน 2 ตัวในวงอิเล็กตรอนแรก และมีอิเล็กตรอนอีก 8 ตัวในวงอิเล็กตรอนที่สอง โดยแบ่งเป็นในวงย่อย s 2 ตัวและในวงย่อย p 6 ตัว ในส่วนของตารางธาตุ เมื่ออิเล็กตรอนตัวหนึ่งไม่สามารถไปอยู่ในวงอิเล็กตรอนที่สองได้แล้ว มันก็จะเข้าไปอยู่ในวงอิเล็กตรอนใหม่ และธาตุนั้นก็จะถูกจัดให้อยู่ในคาบถัดไป ซึ่งตำแหน่งเหล่านี้เป็นธาตุไฮโดรเจน และธาตุในหมู่โลหะแอลคาไล
รัศมีอะตอมของธาตุแต่ละตัวมีความแตกต่างในการทำนายและอธิบายในตารางธาตุ ยกตัวอย่างเช่น รัศมีอะตอมทั่วไปลดลงไปตามหมู่ของตารางธาตุจากโลหะแอลคาไลถึงแก๊สมีตระกูล และจะเพิ่มขึ้นรวดเร็วจากแก๊สมีตระกูลมายังโลหะแอลคาไลในจุดเริ่มต้นของคาบ ถัดไป แนวโน้มเหล่านี้ของรัศมีอะตอม (และสมบัติทางเคมีและทางกายภาพของธาตุอื่น ๆ) สามารถอธิบายได้โดยทฤษฎีวงอิเล็กตรอนของอะตอม พวกมันมีหลักฐานสำคัญสำหรับการพัฒนาทฤษฎีควอนตัม
อิเล็กตรอนในวงย่อย 4f ซึ่งจะถูกเติมเต็มตั้งแต่ซีเรียม (ธาตุที่ 58) ถึงอิตเตอร์เบียม (ธาตุที่ 70) เนื่องด้วยอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นแค่ในวงเดียว จึงทำให้ขนาดอะตอมของธาตุในแลนทาไนด์มีขนาดที่ไม่แตกต่างกัน และอาจจะเหมือนกับธาตุตัวถัด ๆ ไป ด้วยเหตุนี้ทำให้แฮฟเนียมมีรัศมีอะตอม (และสมบัติทางเคมีอื่น ๆ) เหมือนกับเซอร์โคเนียม และแทนทาลัม มีรัศมีอะตอมใกล้เคียงกับไนโอเบียม ลักษณะแบบนี้รู้จักกันในชื่อการหดตัวของแลนทาไนด์ และผลจากการหดตัวของแลนทาไนด์นี้ ยังเห็นได้ชัดไปจนถึงแพลตทินัม (ธาตุที่ 78) และการหดตัวที่คล้าย ๆ กัน คือการหดตัวของบล็อก-d ซึ่งมีผลกับธาตุที่อยู่ระหว่างบล็อก-d และบล็อก-p มันเห็นได้ไม่ชัดเจนเท่าการหดตัวของแลนทาไนด์ แต่เกิดจากสาเหตุเดียวกัน
พลังงานไอออไนเซชันลำดับที่ 1 เป็นพลังงานที่ใช้ดึงอิเล็กตรอนตัวแรกออกจากอะตอม พลังงานไอออไนเซชันลำดับที่สอง เป็นพลังงานที่ใช้ดึงอิเล็กตรอนตัวที่สองออกจากอะตอม ซึ่งจะเป็นแบบนี้ไปเรื่อย ๆ เช่น แมงกานีส มีพลังงานไอออไนเซชันลำดับที่ 1 คือ 738 กิโลจูล/โมล และลำดับที่สอง คือ 1450 กิโลจูล/โมล อิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้อะตอมจำเป็นที่จะต้องใช้พลังงานมากในการดึงมันออกจาก อะตอม พลังงานไอออไนเซชันจะมีการเพิ่มขึ้นจากซ้ายไปขวาของตารางธาตุ
พลังงานไอออไนเซชันจะมีมากที่สุดเมื่อต้องการดึงอิเล็กตรอนออกจากธาตุใน หมู่แก๊สมีตระกูล (ซึ่งมีอิเล็กตรอนครบตามจำนวนที่มีได้สูงสุด) ยกตัวอย่างแมกนีเซียมอีกครั้ง แมกนีเซียมจำเป็นที่จะต้องใช้พลังงานไอออไนเซชันสองลำดับแรก เพื่อดึงอิเล็กตรอนออกให้มันมีโครงสร้างคล้ายแก๊สมีตระกูล และ 2p มันจำเป็นที่จะต้องใช้พลังงานไอออไนเซชันลำดับที่สามสูงกว่า 7730 กิโลจูล/โมล ในการดึงอิเล็กตรอนตัวที่สามออกจากวงย่อย 2p ของการจัดเรียงอิเล็กตรอนที่คล้ายนีออนของ Mg ความแตกต่างนี้ยังมีในอะตอมของแถวที่สามตัวอื่น ๆ อีกด้วย
อิเล็กโทรเนกาติวิตีเป็นแรงดึงดูดของอะตอมที่ใช้ดึงอิเล็กตรอนเข้ามา อิเล็กโทรเนกาติวิตีของอะตอมอะตอมหนึ่ง เป็นผลมาจากเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้น และระยะห่างจากนิวเคลียสถึงวาเลนซ์อิเล็กตรอน ยิ่งมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากเท่าไร ความสามารถที่จะดึงดูดอิเล็กตรอนก็มากขึ้นเท่านั้น แนวคิดถูกเสนอครั้งแรกโดยไลนัส พอลลิง ใน พ.ศ. 2475 โดยทั่วไป อิเล็กโทรเนกาติวิตีจะเพิ่มขึ้นจากซ้ายไปขวาตามคาบ และลดลงจากบนลงล่างตามหมู่ เพราะเหตุนี้ ฟลูออรีนจึงเป็นธาตุที่มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงที่สุด และซีเซียมมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีน้อยที่สุด อย่างน้อยธาตุเหล่านั้นก็ยังมีข้อมูลที่สามารถใช้ยืนยันได้
แต่ถึงกระนั้นธาตุบางตัวยังไม่เป็นไปตามกฎนี้ แกลเลียมและเจอร์เมเนียมมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากกว่าอะลูมิเนียมและซิลิกอน เนื่องด้วยผลกระทบจากการหดตัวของบล็อก-d ธาตุในคาบที่ 4 ในส่วนของโลหะแทรนซิชัน มีรัศมีอะตอมที่ไม่แตกต่างกันมากนัก เพราะว่าอิเล็กตรอนในวงย่อย 3d ไม่มีผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างนิวเคลียร์ของธาตุ และขนาดอะตอมที่เล็กลงยังทำให้มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงขึ้นอีกด้วย
สัมพรรคภาพอิเล็กตรอนเป็นพลังงานที่คายออกมาหรือดูดกลืน เมื่อเพิ่มอิเล็กตรอนให้แก่อะตอมไปเป็นไอออนประจุลบ ธาตุส่วนใหญ่คายพลังงานความร้อนเมื่อรับอิเล็กตรอน โดยทั่วไป อโลหะจะมีสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนมากกว่าโลหะ คลอรีน มีแนวโน้มในการเกิดไอออนประจุลบสูงที่สุด สัมพรรคภาพอิเล็กตรอนของแก๊สมีตระกูลยังไม่สามารถหาค่าได้ ดังนั้น พวกมันอาจจะไม่มีประจุลบ
สัมพรรคภาพอิเล็กตรอนทั่วไปจะเพิ่มขึ้นตามคาบ ซึ่งเป็นผลมาจากการเติมเต็มวงเวเลนซ์ของอะตอม อะตอมของธาตุหมู่ 17จะคายพลังงานออกมามากกว่าอะตอมของธาตุในหมู่ 1 ในการดึงดูดอิเล็กตรอน เนื่องด้วยความง่ายในการเติมเต็มวงวาเลนซ์และความเสถียรในหมู่ของธาตุ สัมพรรคภาพอิเล็กตรอนคาดว่าจะลดลงจากบนลงล่าง เนื่องด้วยอิเล็กตรอนตัวใหม่จะต้องเข้าไปในออร์บิทัลที่อยู่ห่างจาก นิวเคลียสมากขึ้น ด้วยความที่อิเล็กตรอนเชื่อมของนิวเคลียสน้อยอยู่แล้ว จึงทำให้มันปล่อยพลังงานไม่มาก ถึงกระนั้น ในหมู่ของธาตุ ธาตุสามตัวแรกจะผิดปกติ ธาตุที่หนักกว่าจะมีสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนมากกว่าธาตุที่เบากว่า และในวงย่อย d และ f สัมพรรคภาพอิเล็กตรอนจะไม่ได้ลดลงตามหมู่ไปเสียทั้งหมด ดังนั้นการที่สัมพรรคภาพลดลงตามหมู่จากบนลงล่างนี้ จะเกิดขึ้นได้ในอะตอมของธาตุหมู่ 1 เท่านั้น  อะตอม
เจ. เจ. ทอมสัน นักฟิสิกส์ ค้นพบอิเล็กตรอนจากการศึกษารังสีแคโธดเมื่อปี ค.ศ. 1897 และสรุปว่ามันเป็นส่วนประกอบอยู่ในอะตอมทุกตัว ซึ่งเป็นการล้มล้างความเชื่อที่ว่าอะตอมนั้นเป็นอนุภาคเล็กที่สุดของสสารไม่สามารถแบ่งแยกได้[24] ทอมสันแสดงหลักฐานว่า อิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบและมีมวลต่ำมากนี้กระจัดกระจายอยู่ทั่วไปในอะตอม เป็นไปได้ว่าอาจหมุนวนรอบ ๆ อะตอมเหมือนวงแหวน โดยมีประจุที่สมดุลจากการลอยตัวอยู่ในทะเลอนุภาคประจุบวกอันสม่ำเสมอ ในเวลาต่อมาแนวคิดนี้รู้จักกันในชื่อ แบบจำลองอะตอมของทอมสัน (plum-pudding model) พลังงานไอออไนเซชัน
กระบวนการสูญเสียอิเล็กตรอนนี้เกิดได้หลายครั้งสำหรับอะตอมหรือโมเลกุลที่มีหลายอิเล็กตรอน จึงเรียกเป็น IE IE IE ... ตามลำดับซึ่งก็คือค่าพลังงานในการดึงอิเล็กตรอนตัวที่ 1 2 3 ... นั่นเอง โดยอิเล็กตรอนตัวแรกย่อมจะหลุดออกไปง่ายกว่าอิเล็กตรอนลำดับถัดๆ ไปเสมอ พลังงานที่ต้องใช้จึงเพิ่มขึ้น อนุภาคเหมือน
อนุภาคเหมือน () หรือเรียก อนุภาคแยกไม่ได้ หรือ อนุภาคสังเกตไม่ได้ เป็นอนุภาคที่ไม่สามารถแยกจากกันได้แม้ในหลักการ ชนิดของอนุภาคเหมือน เช่น อิเล็กตรอน อนุภาคเล็กกว่าอะตอมที่ประกอบขึ้นเป็นอะตอม เช่น นิวเคลียสของอะตอม เช่นเดียวกับอะตอมและโมเลกุล  อะตอม
ปริมาณพลังงานที่จำเป็นต้องใช้ (ทั้งแบบเพิ่มเข้าไปหรือปลดปล่อยออกมา) ในการเปลี่ยนสถานะของอิเล็กตรอนนี้น้อยกว่าพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวคลีออนมาก เช่น จำเป็นต้องใช้พลังงานเพียง 13.6 eV เพื่อให้อิเล็กตรอนจากอะตอมของไฮโดรเจนเปลี่ยนระดับลงไปยังสถานะพื้น[61] เทียบกับพลังงาน 2.23 ล้าน eV ในการแยกนิวเคลียสของดิวเทอเรียม[62] อะตอมมีประจุเป็นกลางถ้ามันมีจำนวนโปรตอนกับอิเล็กตรอนเท่ากัน อะตอมที่มีอิเล็กตรอนมากหรือน้อยกว่าปกติเรียกว่า ไอออน อิเล็กตรอนที่อยู่ไกลจากนิวเคลียสมากอาจถ่ายโอนไปยังอะตอมข้างเคียง หรืออยู่ร่วมระหว่างสองอะตอมก็ได้ ด้วยกลไกนี้ อะตอมจึงสามารถเกิดพันธะเคมีกลายเป็นโมเลกุลและสารประกอบเคมีอื่น ๆ เช่น การเกิดผลึกแบบไอโอนิกคริสตัลหรือโคเวเลนต์[63] อิเล็กตรอน
ในช่วงต้นปี ค.ศ. 1700, แฟรนซิส ฮาร์คบี (Francis Hauksbee) และ ซี. เอฟ. ดู เฟย์ (C. F. du Fay) นักเคมีชาวฝรั่งเศส ได้ค้นพบด้วยตนเองถึงสิ่งที่พวกเขาเชื่อว่าจะเป็นสองชนิดของการเสียดสีกันทางไฟฟ้า; อันหนึ่งคือการเสียดสีกับแก้ว, ส่วนอีกอันหนึ่ง ได้จากการเสียดสีกับเรซิ่น จากนี้ ดู เฟย์ ได้สร้างทฤษฎีเกี่ยวกับไฟฟ้าที่ประกอบด้วยของเหลวไฟฟ้าสองชนิดที่มีลักษณะคล้าย "แก้ว" และ "ยาง" ที่จะแยกตัวออกจากกันและกันด้วยการเสียดสีและที่เป็นกลางเมื่อนำมารวมกัน [2] ทศวรรษต่อมา เบนจามิน แฟรงคลิน เสนอว่าการผลิตไฟฟ้าไม่ได้มาจากประเภทที่แตกต่างกันของของเหลวไฟฟ้าเท่านั้น, แต่ของเหลวไฟฟ้าเดียวกันนี้ยังสามารถผลิตไฟฟ้าขึ้นมาได้ภายใต้ความดันที่แตกต่างกัน เขาได้ตั้งชื่อตามที่เรียกกันในศัพท์สมัยใหม่ว่า ประจุ ที่มีทั้งบวกและลบ ตามลำดับ [3] แฟรงคลินคิดว่าอนุภาคสื่อพาหะการนำไฟฟ้านั้นมีประจุไฟฟ้าที่เป็นบวก แต่เขาก็ระบุไม่ได้อย่างถูกต้องกับสถานการณ์ที่เป็นส่วนเกินของสื่อพาหะตัวนำประจุไฟฟ้าและสถานการณ์ที่ซึ่งเป็นการสูญเสียหรือขาดดุลของสื่อพาหะตัวนำประจุไฟฟ้า [4] ผลกระทบฮอลล์
กระแส "โฮล" ตามธรรมเนียมปฏิบัติจะมีทิศทางของกระแสอิเล็กตรอนเป็นลบและประจุไฟฟ้าเป็นลบ ดังนั้น I x = n t w ( − v x ) ( − e ) {\displaystyle I_{x}=ntw(-v_{x})(-e)} เมื่อ n {\displaystyle n} คือความหนาแน่นของพาหะประจุ t w {\displaystyle tw} เป็นพื้นที่หน้าตัด, และ − e {\displaystyle -e} เป็นประจุของแต่ละอิเล็กตรอน เมื่อหาค่า w {\displaystyle w} ได้แล้วแทนค่าลงในสมการข้างต้น ก็จะได้แรงดันไฟฟ้าฮอลล์: พลังงานไอออไนเซชัน
การศึกษาแนวโน้มของค่าพลังงาไอออนไนเซชันของอะตอมหรือโมเลกุลนั้น สามารถช่วยนักวิทยาศาสตร์ทำความเข้าใจโครงสร้างของอิเล็กตรอนภายในอะตอมและโมเลกุลได้ดีขึ้น หากค่าพลังงานไอออไนเซชันเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงอาจกล่าวได้ว่าอิเล็กตรอนเหล่านั้นมาจากชั้นอิเล็กตรอน ( หรือ เลขควันตัมหลัก ) เดียวกัน แต่ถ้าพบว่าค่าพลังงานไอออไนเซชันกระโดดไปก็หมายความว่าอิเล็กตรอนที่หลุดออกมานั้นอยู่ในชั้นที่ลึกเข้าไปอีก นอกจากนี้พลังงานไอออไนเซชันยังเป็นแนวโน้มตามตารางธาตุอย่างหนึ่งที่มีลักษณะชัดเจนและสามารถอธิบายได้โดยโครงสร้างการจัดเรียงอิเล็กตรอน () ของอะตอม ความต้านทานและการนำไฟฟ้า
วัสดุก็มีความสำคัญเช่นกัน ท่อที่เต็มไปด้วยเส้นผมจะจำกัดการไหลของน้ำมากกว่าท่อที่สะอาดที่มีรูปร่างและขนาดเดียวกัน ในทำนองเดียวกัน อิเล็กตรอน สามารถไหลได้อย่างอิสระและง่ายดายผ่านสาย ทองแดง แต่ไม่สามารถไหลได้อย่างง่ายดายผ่านลวด เหล็ก ที่มีรูปร่างและขนาดเดียวกัน และที่สำคัญกระแสไม่สามารถไหลได้อย่างสิ้นเชิงผ่าน ฉนวน เช่น ยาง โดยไม่ต้องคำนึงถึงรูปร่างของมัน ความแตกต่างระหว่างทองแดง, เหล็ก, และยางจะเกี่ยวข้องกับโครงสร้างโมเลกุลและรูปแบบการเรียงตัวของ อิเล็กตรอน ของพวกมัน และมีการวัดโดยคุณสมบัติที่เรียกว่า สภาพต้านทาน เลปตอน
เลปตอน () เป็นอนุภาคมูลฐานชนิดหนึ่งที่มีสปิน (ฟิสิกส์)ครึ่งจำนวนเต็ม (สปิน ) และไม่ประสพกับอันตรกิริยาอย่างเข้ม เลปตอนแบ่งออกเป็นสองชั้นหลัก ได้แก่ เลปตอนที่มีประจุไฟฟ้า (หรือที่เรียกว่า "เลปตอนที่เหมือนอิเล็กตรอน") และเล็ปตอนนิวทรัล (เล็ปตอนเป็นกลาง) (หรือที่เรียกว่า นิวทรืโน) เลปตอนที่มีประจุสามารถรวมกับอนุภาคอื่นกลายเป็น อนุภาคผสมหลายอย่าง เช่นอะตอมและโพซิโทรเนียม ในขณะที่นิวทริโนยากที่จะปฏิสัมพันธ์กับผู้อื่น ดังนั้นมันจึงยากที่จะถูกพบเห็น พวกเลปตอนที่รู้จักกันดีคือ อิเล็กตรอน 
มีเลปตอนอยู่ทั้งสิ้น 6 ชนิด (flavour) แยกเป็น 3 ชั่วรุ่น () ชั่วรุ่นที่หนึ่งเรียกว่า "เลปตอนอิเล็กตรอน" ประกอบด้วยอิเล็กตรอน (e) และอิเล็กตรอนนิวตริโน (V) ชั่วรุ่นที่สองคือ "เลปตอนมิวออน" ประกอบด้วย มิวออน (μ) และ มิวออนนิวตริโน (V) ชั่วรุ่นที่สามคือ "เลปตอนเทา" ประกอบด้วย เทา (อนุภาค) (T) และ เทานิวตริโน (V) อิเล็กตรอนมีมวลน้อยที่สุดในหมู่เลปตอนที่มีประจุทั้งหมด มิวออนและเทาที่หนักที่สุดจะเปลี่ยนอย่างรวดเร็วไปเป็นอิเล็กตรอนผ่านทางกระบวนการของการสลายอนุภาค ซึ่งเป็นการแปลงจากสถานะมวลมากไปเป็นสถานะมวลน้อย ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงเสถียรและเป็นเลปตอนแบบมีประจุที่พบมากที่สุดในจักรวาล ในขณะที่มิวออนและเทาสามารถถูกสร้างขึ้นมาได้เพียงแต่ในการชนกันที่พลังงานฟิสิกส์ที่สูงเท่านั้น (เช่นพวกที่เกี่ยวกับรังสีคอสมิกและพวกที่เกิดขึ้นในเครื่องเร่งอนุภาค อิเล็กตรอน
ระหว่างปี 1838 และปี 1851, นักปรัชญาธรรมชาติชาวอังกฤษนามว่า ริชาร์ด เลมมิ่ง (Richard Laming) ได้พัฒนาแนวความคิดที่ว่าอะตอมประกอบไปด้วยแกนกลางของสสารที่ล้อมรอบไปด้วยหน่วยของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า [5] จากนั้นต่อมา เริ่มต้นในปี 1846 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อ วิลเลียม เวเบอร์ (William Weber) ได้นำเสนอทฤษฎีของไฟฟ้าที่ประกอบไปด้วยของเหลวที่มีประจุบวกและประจุลบและการมีปฏิสัมพันธ์กันของประจุทั้งสองนี้ถูกควบคุมโดยกฏกำลังสองผกผัน (inverse square law) หลังจากที่ได้ศึกษาปรากฏการณ์ของอิเล็กโทรลิซิส (electrolysis) [6] ในปี 1874 นักฟิสิกส์ชาวไอริชชื่อ จอร์จ จอห์นสโตน สโตนี (George Johnstone Stoney) ได้เสนอแนะบอกว่า มีตัวตนของ "ปริมาณที่แน่นอนของกระแสไฟฟ้าแบบเดี่ยว ๆ" ที่เป็นประจุไฟฟ้าของโมโนเวเลนซ์ ไอออน (monovalent ion) ดำรงตัวอยู่ เขาสามารถที่จะประมาณค่าของประจุ e นี้ในเบื้องต้นได้โดยวิธีการของกฎอิเล็กโทรลิซิสของฟาราเดย์ (Faraday's laws of electrolysis) [7] ลูกโซ่ของการขนส่งอิเล็กตรอน
ลูกโซ่ของการขนส่งอิเล็กตรอน (, ย่อ: ETC) เป็นคู่ของการขนส่งอิเล็กตรอนระหว่างตัวให้อิเล็กตรอน (เช่น NADH) กับตัวรับอิเล็กตรอน (เช่น O) ด้วยการขนส่งโปรตอน (H) ข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ ความแตกต่างทางศักย์ไฟฟ้าเคมีของโปรตอนอันเกิดจากการขนส่งโปรตอนข้ามเยื่อนี้ ใช้ในการผลิตพลังงานเคมีในรูปของอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) ลูกโซ่ของการขนส่งอิเล็กตรอนเป็นกลไกของเซลล์ที่ใช้เพื่อดึงพลังงานจากแสงอาทิตย์ในปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสง และจากปฏิกิริยารีดอกซ์ อาทิ ออกซิเดชันของน้ำตาล (การหายใจระดับเซลล์) อะตอม
เท่าที่รู้กันในปัจจุบัน อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่มีมวลน้อยที่สุดในบรรดาอนุภาคทั้งหมด คือประมาณ 9.11×10−31kg โดยมีประจุไฟฟ้าลบและมีขนาดที่เล็กเกินกว่าจะวัดได้ด้วยเทคนิคเท่าที่มีอยู่[44] โปรตอนมีประจุบวก และมีมวลราว 1,836 เท่าของอิเล็กตรอน คือประมาณ 1.6726×10−27kg แม้ว่าอาจลดลงได้จากการเปลี่ยนแปลงพลังงานยึดเหนี่ยวของโปรตอนที่มีต่ออะตอม ส่วนนิวตรอนนั้นไม่มีประจุไฟฟ้า มีมวลราว 1,839 เท่าของมวลอิเล็กตรอน[45] หรือ 1.6929×10−27kg นิวตรอนกับโปรตอนมีขนาดพอ ๆ กันที่ประมาณ 2.5×10−15ม. แม้ว่า 'พื้นผิว' ของอนุภาคเหล่านี้จะไม่สามารถระบุได้อย่างชัดเจนก็ตาม[46] ไฟฟ้า
วันนี้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่จะใช้ชิ้นส่วนสารกึ่งตัวนำเพื่อการควบคุมอิเล็กตรอน การศึกษาอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำและเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องได้รับการพิจารณาว่าเป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์สถานะของแข็ง ในขณะที่การออกแบบและสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์ในการแก้ปัญหาที่เกิดตอนปฏิบัติจะมาภายใต้วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ การปล่อยโพซิตรอน
การจับยึดอิเล็กตรอน (บางครั้งเรียกว่าการสลายให้ตรงข้ามบีตา ()) ก็ถูกแยกประเภทเป็นครั้งคราวให้เป็นชนิดหนึ่งของการสลายให้บีตาอีกด้วย ในบางวิธี การจับยึดอิเล็กตรอนสามารถถือได้ว่าเทียบเท่ากับการปล่อยโพซิตรอน, เพราะในการจับยึดอิเล็กตรอนหนึ่งตัวจะส่งผลให้มีการปล่อยโพซิตรอนหนึ่งตัวด้วยเหมือนกับเป็นการแปรพันธ์ุเช่นกัน การจับยึดอิเล็กตรอนเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนพร้อมใช้งานและมันต้องการความแตกต่างของพลังงานระหว่างพ่อแม่และลูกสาวน้อยลง ซึ่งจะเกิดขึ้นบ่อยครั้งในอะตอมขนาดเล็ก มากกว่าจะเกิดขึ้นในการปล่อยโพซิตรอน การจับยึดอิเล็กตรอนมักจะแข่งขันกับการปล่อยโพซิตรอนเนื่องจากการปล่อยโพซิตรอนจะสามารถมองเห็นและนอกจากนี้จะเกิดขึ้นเป็นชนิดเดียวเท่านั้นของการสลายให้บีตาในนิวเคลียสทราร่ำรวยโปรตอนเมื่อไม่มีพลังงานการสลายมากเพียงพอที่จะสนับสนุนการปล่อยโพซิตรอน อนุมูลอิสระ
อนุมูลอิสระ () คือ อะตอม โมเลกุลหรือไอออนซึ่งมีอิเล็กตรอนเดี่ยวในวงนอกสุด (unpaired valence electron) หรือการมีจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็นแบบเชลล์เปิด (open-shell electronic configuration) อนุมูลอิสระอาจมีประจุเป็นบวก ลบหรือเป็นศูนย์ก็ได้ ด้วยข้อยกเว้นบางประการ อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวเหล่านี้ทำให้อนุมูลอิสระว่องไวต่อปฏิกิริยาสูง
อนุมูลอิสระมีบทบาทสำคัญในการสันดาป เคมีบรรยากาศ พอลิเมอไรเซชัน เคมีพลาสมา ชีวเคมี และกระบวนการทางเคมีอีกหลายอย่าง ในสิ่งมีชีวิต ซูเปอร์ออกไซด์ ไนตริกออกไซด์และผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาของมันควบคุมหลายกระบวนการ เช่น ควบคุมการบีบตัวของหลอดเลือด ซึ่งควบคุมความดันโลหิตอีกต่อหนึ่ง นอกจากนี้ อนุมูลอิสระยังมีบทบาทสำคัญในเมแทบอลิซึมตัวกลางของสารประกอบทางชีวภาพหลายชนิด 
อนุมูลอิสระเกิดขึ้นเป็นปกติจากปฏิกิริยาในร่างกายอยู่แล้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อมีธาตุเหล็ก ทองแดง แมงกานีส โคบอลต์ โครเมียม นิเกิลน้อย มักเกิดเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ โดยร่างกายจะมีระบบกำจัดอนุมูลอิสระ แต่หากร่างกายได้รับสารอนุมูลอิสระจากภายนอก เช่น ได้รับจากอาหารบางชนิด จากขบวนการประกอบอาหาร เช่น การย่างเนื้อสัตว์ที่มีไขมันประกอบสูง การนำน้ำมันที่ใช้ทอดอาหารที่อุณหภูมิสูง ๆ มาใช้อีก หรือจากสิ่งแวดล้อม เช่น แสงอาทิตย์ซึ่งมีรังสีอัลตราไวโอเลต การแผ่รังสี รังสีเอกซ์ หรือจากมลพิษ เช่น ควันบุหรี่ ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์จากไอเสียรถยนต์ มากเกินไป หรือในภาวะที่ร่างกายสามารถกำจัดอนุมูลอิสระได้ลดลง ก็จะทำให้มีอนุมูลอิสระมากเกินไป เป็นสาเหตุของโรคภัยได้ โพซิตรอน
ในปี 1928 พอล ดิแรก (Paul Dirac) ได้ตีพิมพ์รายงานวิจัยเสนอว่าอิเล็กตรอนสามารถมีได้ทั้งประจุบวกและพลังงานที่มีค่าลบ รายงานวิจัยนี้ได้แนะนำสมการดิแรก, การผสมผสานของกลศาสตร์ควอนตัม, ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและว่าด้วยแนวคิดใหม่ของอิเล็กตรอนสปินเพื่ออธิบายปรากฏการณ์ซีแมน (Zeeman effect) รายงานวิจัยไม่ได้ทำนายถึงอนุภาคใหม่อย่างแน่ชัดนัก, แต่ก็ยังอนุญาตให้อิเล็กตรอนที่มีทั้งพลังงานที่เป็นบวกหรือลบเป็นวิธีสำหรับแก้ไขปัญหาอยู่ การแก้ปัญหาพลังงานที่มีค่าบวกถูกอธิบายได้ด้วยผลการทดลอง, แต่ก็ยังอนุญาตให้มีอิเล็กตรอนที่มีพลังงานบวกหรือลบอย่างใดอย่างหนึ่งเป็นวิธีในการแก้ไขปัญหา การแก้ปัญหาพลังงานในเชิงบวกถูกอธิบายได้ด้วยผลการทดลอง แต่ดิแรกก็ยังคงเกิดความฉงนสนเท่ห์กับการแก้ปัญหาพลังงานที่มีค่าเชิงลบที่มีความถูกต้องเท่าเทียมกันซึ่งแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ได้อนุญาตให้มีได้ กลศาสตร์ควอนตัมนั้นไม่อนุญาตให้มีการแก้ปัญหาเกี่ยวกับพลังงานที่มีค่าเป็นจำนวนติดลบได้, เหมือนดังเช่นกับในกลศาสตร์แบบดั้งเดิมที่มักจะได้กระทำกับในสมการที่เกี่ยวข้องกับพลังงานที่มีค่าติดลบดังกล่าว โดยที่จะเป็นแค่เพียงแค่ถูกละเว้นไว้ในฐานที่เข้าใจกัน ซึ่งทางออกของการแก้ปัญหาแบบคู่ขนานนี้ได้ส่อแสดงนัยให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการกระโดดข้ามไปมาตามธรรมชาติระหว่างสถานะของพลังงานที่เป็นบวกและลบของอิเล็กตรอน อย่างไรก็ตาม, การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นดังกล่าวก็ยังคงไม่ได้ถูกสังเกตการณ์โดยทางการทดลองทางฟิสิกส์แต่อย่างใด เขาได้พูดถึงปัญหาที่เกิดขึ้นจากความขัดแย้งกันระหว่างแนวคิดทางทฤษฎีและการสังเกตการณ์ทางการทดลองนี้ว่าเป็น "ความยากลำบาก" ที่ "ไม่อาจตัดสินใจได้" เส้นสเปกตรัม
ถ้าเราให้พลังงานแก่อะตอมสูง อิเล็กตรอนภายในอะตอมจะเปลี่ยนจาก"สถานะพื้น (Ground state) " เป็น"สถานะกระตุ้น (Excited state) " ในกรณีอิเล็กตรอนอยู่ในสถานะพื้นจะมีพลังงานต่ำและอะตอมจะเสถียรมาก แต่เมื่ออะตอมมีพลังงานสูงขึ้นอิเล็กตรอนภายในอะตอมจะเปลี่ยนเป็นสถานะกระตุ้นซึ่งพลังงานที่มากนี้ ทำให้อะตอมไม่เสถียร ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงพยายามปล่อยพลังงานออกมาให้กลับไปอยู่ในสถานะพื้นที่พลังงานต่ำ ซึ่งพลังงานที่อิเล็กตรอนปล่อยออกมาจะอยู่ในรูปพลังงานแสงหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อผ่านแผ่นเกรตติ้งหรือสเปกโตรสโคปจะแยกแถบแสงออกเป็นเส้นสเปกตรัมนั่นเอง ระดับของแฟร์มี
ระดับของแฟร์มี () เป็นศักย์เคมีรวมสำหรับอิเล็กตรอน (หรือศักย์ไฟฟ้าเคมีสำหรับอิเล็กตรอน) และมักจะแสดงรูปเป็น "µ" หรือ "E". ระดับของแฟร์มีของบอดี้หนึ่งเป็นปริมาณทางอุณหพลศาสตร์ และความสำคัญของมันก็คืองานทางอุณหพลศาสตร์ที่จำเป็นในการเพิ่มอิเล็กตรอนหนึ่งตัวให้กับบอดี้ (ไม่นับงานที่จำเป็นในการลบอิเล็กตรอนออกจากที่ใดก็ตามที่มันจากมา) 