Πώς προέρχονται τα δωρεάν ηλεκτρόνια;

Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια προέρχονται από τα κελύφη σθένους των ατόμων. Σε ένα ουδέτερο άτομο, τα ηλεκτρόνια είναι διατεταγμένα σε ομόκεντρα κελύφη γύρω από τον πυρήνα, με κάθε κέλυφος να αντιστοιχεί σε συγκεκριμένο επίπεδο ενέργειας. Το εξώτατο κέλυφος, γνωστό ως κέλυφος σθένους, είναι το πιο χαλαρά συνδεδεμένο με τον πυρήνα και περιέχει τα ηλεκτρόνια σθένους.

Όταν τα άτομα έρχονται σε κοντινή απόσταση, τα ηλεκτρόνια σθένους μπορούν να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Αυτή η αλληλεπίδραση μπορεί να οδηγήσει στη μεταφορά ηλεκτρονίων σθένους από ένα άτομο στο άλλο, με αποτέλεσμα το σχηματισμό θετικών και αρνητικών ιόντων. Εναλλακτικά, τα ηλεκτρόνια σθένους μπορούν να μοιραστούν μεταξύ δύο ή περισσότερων ατόμων, σχηματίζοντας ομοιοπολικούς δεσμούς.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα ηλεκτρόνια σθένους μπορούν να απομακρυνθούν εντελώς από το άτομο, αφήνοντας πίσω τους ένα θετικά φορτισμένο ιόν. Αυτή η διαδικασία, γνωστή ως ιονισμός, μπορεί να συμβεί όταν ένα άτομο εκτίθεται σε ακτινοβολία υψηλής ενέργειας, όπως ακτίνες Χ ή ακτίνες γάμμα ή όταν συγκρούεται με ένα άλλο άτομο ή μόριο με επαρκή ενέργεια.

Τα δωρεάν ηλεκτρόνια μπορούν επίσης να δημιουργηθούν μέσω της θερμικής ενέργειας. Όταν μια ουσία θερμαίνεται, τα άτομα και τα μόρια αποκτούν κινητική ενέργεια, γεγονός που τους προκαλεί να δονείται πιο έντονα. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, οι δονήσεις γίνονται πιο ενεργητικές και τα ηλεκτρόνια σθένους μπορούν να απομακρυνθούν από τα άτομα τους, με αποτέλεσμα το σχηματισμό ελεύθερων ηλεκτρονίων και θετικά φορτισμένα ιόντα. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως θερμικός ιονισμός.

Τέλος, μπορούν να παραχθούν ελεύθερα ηλεκτρόνια μέσω φωτοεκτροφής, η οποία συμβαίνει όταν το φως αλληλεπιδρά με ένα υλικό. Όταν ένα φωτόνιο φωτός χτυπά ένα άτομο ή ένα μόριο, μπορεί να μεταφέρει την ενέργειά του σε ένα ηλεκτρόνιο, προκαλώντας την εκτόξευση του ηλεκτρονίου από το άτομο ή το μόριο. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως φωτοηλεκτρική επίδραση και αποτελεί τη βάση για διάφορες οπτοηλεκτρονικές συσκευές όπως φωτοδόδια και ηλιακά κύτταρα.