Elektron swobodny - pojęcie, które może mieć kilka znaczeń:

• elektron , który nie jest związany z żadnym atomem ani inną cząstką;
• elektron słabo związany z atomem ( elektron walencyjny );
• elektron w paśmie przewodnictwa w metalu .

Elektron niezwiązany z atomem

Elektrony takie powstają w wyniku jonizacji spowodowanej przykładowo promieniotwórczością naturalną , promieniowaniem kosmicznym lub na skutek jonizacji termicznej . W naturalnych warunkach na Ziemi, elektrony te szybko łączą się z atomami rekombinując lub przyłączają do obojętnych atomów lub cząsteczek tworząc jony ujemne. W próżni kosmicznej występują niemal wyłącznie elektrony swobodne, ponieważ jest tu większe prawdopodobieństwo napotkania cząstki o wysokiej energii powodującej jonizację, niż wolnej cząstki mogącej przyłączyć elektron.

Swobodne elektrony występują również w materii w stanie plazmy , w próżniowych lampach elektronowych (np. kineskopach ), w akceleratorach cząstek .

Wolne elektrony uzyskuje się w wyniku emisji elektronów z substancji, najczęściej stosowanymi w technice sposobami są:

• termoemisja
• zjawisko fotoelektryczne
• emisja polowa

Elektron słabo związany z atomem

W zjawisku Comptona rozpraszania wysokoenergetycznych fotonów promieniowania rentgenowskiego i gamma na elektronach walencyjnych, energia wiązania elektronu z atomem jest dużo mniejsza od energii, jaką ma foton i jaką uzyskuje w zderzeniu elektron. Dlatego energię wiązania elektronu można pominąć i traktować go jako swobodny. Dotyczy to również zderzenia elektronów walencyjnych z innymi wysokoenergetycznymi cząstkami.

Elektron swobodny w metalu

Elektron taki nie jest związany z żadnym atomem i może swobodnie poruszać się po całej objętości próbki. Jego zachowanie opisuje model prawie swobodnego elektronu Arnolda Sommerfelda . Jest to półklasyczny model, który dobrze wyjaśnia wiele własności metali takich jak np. przewodnictwo elektryczne i cieplne . Energię elektronu swobodnego w tym modelu wyraża wzór

gdzie m ^* jest masą efektywną . Masa ta może przyjmować nawet wartości ujemne, co odpowiada zjawisku odbicia elektronu od sieci krystalicznej.

Zobacz również

• Pasmowa teoria przewodnictwa